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1 某船伙食冷库系统简介及存在的问题1.1 某船伙食冷库系统简介某船是有着40年船龄的3 000吨级科学考察船，仍然在执行远洋科学考察任务。为改善船舶的运行状况和出海人员生活条件，船上许多老旧设备都已更新或改造，2016年6月该船对伙食制冷装置进行了改造，换新了蒸发器、制冷压缩机等关键部件。由于承包该改造工程的公司不是专业的制冷工程公司，该系统改造设计时两个菜库蒸发器出口回气管路上未设计安装蒸发压力调节阀，鱼肉库的蒸发器出口回气管路上未设计安装止回阀。投入使用初期由于冷库保温效果较好，冷库热负荷较低时勉强能满足制冷需求，随着冷库保温效果的下降，特别是冷库热负荷较大时降温效果越来越无法满足正常使用要求。该伙食冷库系统一共设置有3个冷库，包括2个蔬菜库和1个鱼肉库。制冷压缩机型号为艾默生C-1000-TWM-200,功率为7.36 kW,排气量为36 m3/h, 制冷剂采用R22。小菜库容积约为15 m3,蒸发器型号为高温冷风机EVB561,冷却面积为9.8 m2,风扇功率为90 W,总风量为1 230 m3/h。大菜库容积约为30 m3,蒸发器型号为高温冷风机EVB662,冷却面积为24.8 m2,风扇功率为380 W,总风量为6 340 m3/h。鱼肉库容积约为30 m3,蒸发器型号为低温冷风机EVC662,冷却面积为20.3 m2,风扇功率为380 W,总风量为6 340 m3/h。1.2 某船伙食冷库系统运行存在的问题1) 该伙食冷库系统运行时存在降温速度慢、压缩机运转时间长、压缩机缸头温度高、阀片积碳、运转一段时间后冷冻机油会逐渐变黑、热负荷较大时经常会出现高低温库无法同步降温甚至三个库都无法降温的问题，制冷效率极低，制冷效果无法满足正常使用。2) 系统运行中发现，刚进入伙食冷库热负荷比较大，当低温库的库温降至一定程度，高温库和低温库一起制冷，当压缩机吸入压力在0.15 MPa以上，只有当高温库降到设定温度停止制冷时，吸入压力降下来，低温库才能开始制冷。当吸入压力降至0.12～0.15 MPa时，高温库和低温库可能都无法降温，低温库还可能会升温。因此，刚进入伙食冷库热负荷比较大、3个库都无法降温时，经常需要进行人工干预降温，如停掉1个或2个库，各库轮流单独制冷降温，导致增加了大量的工作量，制冷效率极低，菜品也无法及时保鲜或冷冻。有时当鱼肉库降温达到下限后库温回升速度很快，导致压缩机频繁启动，运转时间很长。3) 小菜库单独制冷时，有时会出现吸入压力很小的情况，会出现在库温未达下限时压缩机频繁吸入压力小导致停车的现象。2 系统问题原因分析该系统设计存在的一个主要问题是两个菜库蒸发器出口回气管路上未安装蒸发压力调节阀，鱼肉库的蒸发器出口回气管路上未安装止回阀，这就导致高温库和低温库一起运行时，蒸发压力都和压缩机吸气压力相同，高温库一直在低蒸发压力下运行，制冷系数及制冷效率极低。并且当低温库停止运行时，高温库的制冷剂会倒流至低温库蒸发器中冷凝，致使低温库的库温回升速度很快。因此，导致压缩机运转时间长、发热严重。下面结合船舶伙食冷库一机多库制冷系统原理具体分析该系统问题存在的原因。为节约投资和减少占地面积，船舶伙食冷库一般采用一机多库系统(系统原理如图1所示),菜库和乳品库习惯称为高温库，其温度多保持在0～5 ℃之间。鱼肉库习惯称为低温库，库温一般控制在-12～-18 ℃之间。由于高温库和低温库的库温差异很大，蒸发压力也就不同，为了保证各蒸发器能在各自的蒸发温度下正常工作、不互相干扰，需要在高温库蒸发器出口处回气管路上安装蒸发压力调节阀，在低温库蒸发器出口处回气管路上安装止回阀。
从图1中我们可以看出，高温库回气管的蒸发压力调节阀和低温库回气管的止回阀是必不可少的。因为高温库蒸发压力大，低温库蒸发压力小，而压缩机的吸气压力与低温库的蒸发压力相同，蒸发压力调节阀可使阀前保持高温库相应的较高压力，阀后保持与低温库回气压力相同的吸气压力，这样使制冷系统各个不同蒸发温度的蒸发器各自独立地正常运行。低温蒸发器的回气管必须安装止回阀，否则当低温库电磁阀关闭或压缩机停止运行时，高温库的回气就会倒流到低温库的蒸发器中冷凝，使低温库温度升高。各蒸发器的压力很快地平衡，再次启动压缩机时，有可能产生液击冲缸现象。高温库设定温度一般为5 ℃,按照蒸发温度一般比库温低5～10 ℃,高温库蒸发温度应该为-5～0 ℃,按照R22制冷剂温度压力对照表可知，蒸发压力绝对压力应该在0.421～0.499 MPa之间，相对压力即在0.321～0.399 MPa之间。低温库设定温度一般为-18 ℃,按照蒸发温度一般比库温低5～10 ℃,低温库蒸发温度应该为-28～-23 ℃,按照R22制冷剂温度压力对照表可知，蒸发压力绝对压力应该在0.178～0.218 MPa之间，相对压力即在0.078～0.118 MPa之间。刚进入伙食冷库热负荷比较大，当低温库的库温降到一定程度，高温库和低温库一起制冷，当压缩机吸入压力在0.15 MPa以上，只有当高温库降到设定温度、停止制冷时，吸入压力降下来，低温库才能开始制冷。这是因为低温库的蒸发压力与压缩机的吸入压力相同，这个蒸发压力相对于低温库来说太大了，低温库蒸发器内的制冷剂蒸发温度与库温的传热温差太小，甚至高于库温，所以低温库无法降温。当吸入压力降至0.12～0.15 MPa时，高温库和低温库可能都无法降温，低温库还可能会升温。因为这个蒸发压力对于高温库来说太小了，制冷系数很低，制冷效率也很低，制冷量低，制冷量小于食物散发的热量。同时这个蒸发压力相对于低温库来说太大了，低温库也无法降温。小菜库蒸发器的制冷量相对压缩机的功率太小，冷库在最初设计时未充分考虑蒸发器制冷量与压缩机功率匹配问题，设计不够合理。小菜库单独制冷时，属于典型的“大马拉小车”[1],并且小菜库蒸发器出口由于没有设置蒸发压力调节阀，该蒸发器的蒸发压力很小，制冷系数很低，进入蒸发器的制冷剂没有经过充分换热即被压缩机抽回，膨胀阀温包感应的制冷剂过热度较小，膨胀阀开度较小，特别是刚进入菜库内空气湿度较大时，由于蒸发温度低，蒸发器易结霜，换热更差，因此小菜库单独制冷时会出现吸入压力很小的情况，会出现在库温未达下限时压缩机频繁停车的现象。3 制定改造方案1) 根据以上分析，建议该船伙食冷库系统进行改造，两个菜库蒸发器出口回气管路增设蒸发压力调节阀，鱼肉库蒸发器出口回气管路增设止回阀。2) 小菜库单独运行出现压缩机吸入压力极小频繁停车的情况，可以将它和鱼肉库联锁使用，只要小菜库的库温未达到设定温度，鱼肉库就和小菜库一起运行，因为鱼肉库没有温度下限要求，低温对鱼肉等冷冻食品的储存品质无影响，这样就可避免“大马拉小车”所造成的在库温未达下限时频繁停车的现象。实现这个功能只需要对电气控制系统做一些改动，小菜库的温度控制器增加一个中间继电器，用于控制鱼肉库的供液电磁阀和冷风机，当小菜库制冷时鱼肉库就会一起制冷，这样就不会再出现库温未达下限而出现吸入压力小导致停车的现象。4 改造方案实施及调试运行2021年6月该船按照以上方案对冷库进行了改造，在两个菜库蒸发器出口回气管路上加装了蒸发压力调节阀，在鱼肉库蒸发器出口回气管路上加装了止回阀，电气控制系统按照上述方案进行了改装。改造完成后，整个系统进行了抽真空、充注制冷剂、调试运行。菜库的库温下限设定为5 ℃,蒸发温度比库温低10 ℃左右，即蒸发温度设定为-15 ℃左右，按照R22制冷剂温度压力对照表，将菜库的蒸发压力调整到0.32 MPa左右。安装蒸发压力调节阀后，运转时不管压缩机吸入压力根据负荷如何变化，两个菜库的蒸发器蒸发压力都保持在0.32 MPa左右，不像之前和压缩机吸入压力保持一致，蒸发压力提高后，制冷系数大大提高，压缩机发热程度也明显改善。调试同时根据系统运转情况调整各个蒸发器的膨胀阀过热度，使之与蒸发器的容量相匹配。在整个调试降温达到设定温度过程中，三个库均能同步降温，没有出现之前频繁出现三个库都不能降温或者有的库无法降温的情况，达到了预期的效果。经过大约4 h的空库降温，三个库都达到了设定温度，两个菜库均从35 ℃降至了设定温度5 ℃,肉库从35 ℃降至了设定温度-18 ℃,基本满足冷库降温速度要求。达到设定温度后观察保温情况，保温效果也有明显的改善。此次改造解决了冷库制冷经常需要人工干预，压缩机运转时间长的问题，提高了制冷效果和效率，对食物的储存提供了更好的保障。5 结束语从上述船舶伙食冷库系统改造应用及制冷原理可知，高温库回气管上的蒸发压力调节阀和低温库回气管上的止回阀是一机多库制冷系统正常运行必不可少的重要元件。轮机人员应加强对船舶制冷设备原理的理解，有助于船舶制冷设备的管理和故障的解决。轮机人员只有深入地理解船舶制冷装置的基本原理，将理论和实践相结合，才能更好地管理制冷设备，分析解决制冷装置存在的问题。[1]应金玲,吴碧青.某船伙食冷库系统存在的问题及改造经验总结[J].航海技术,2023(05):59-61.
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