БалтийскаяГосударственная Академия
РыбопромысловогоФлота.
Курсовая работа
по дисциплине:
введениев специальность
тема: водный холодильныйтранспорт.
выполнил: студент1 курса З/Ф
шифр: 2005ХЗ-328
МожейкинИ. В.
Калининград
2006год.
Содержание.
1.1Введение
1.2 Физические принципы получениянизких температур
1.3 Холодильный транспорт
1.4 Классификация и свойстватранспортных судов
1.5 Способы и схемы охлаждения судоврефрижераторов
1.6 Рефрижераторные контейнеры
1.7 Заключение
1.8 Список использованнойлитературы
1.1 Введение.
Задача эксплуатациихолодильных установок состоит в создании и поддержании нормативных температурно– влажностных режимов в охлаждаемых помещениях либо в обеспечении заданныхтехнологических процессов производства при минимальных затратах на выработкухолода и при условии безопасной и надёжной работы оборудования. Обслуживаниехолодильной установки в процессе эксплуатации включает в себя следующие операции:пуск, остановка, регулирование режима работы, выполнения ряда вспомогательныхработ (выпуск и добавление масла, удаления инея с охлаждающих приборов,добавление хладагента, хладоносителя), устранения неисправностей в работе,проведения мелкого текущего ремонта оборудования, наблюдение за системойавтоматизации, ведения учёта работы холодильной установки.
Правильная организацияэксплуатации холодильной установки позволяет снизить расходы на выработкухолода. В процессе эксплуатации необходимо обеспечить надёжность идолговечность работы холодильного оборудования в экономичных режимах,определяемых расчётным путём для каждого конкретного случая, надёжностьподдержания требуемых технологических режимов, безопасность работыобслуживающего персонала.
Обслуживающий персоналдолжен иметь соответствующую квалификацию, хорошо знать оборудование и правилаего эксплуатации, должен иметь представление о влиянии разнообразных причин нарежимы работы холодильной установки.
В компрессорном цехехолодильного предприятия вывешивают инструкции, определяющие права, обязанностии ответственность механика, машиниста, помощника машиниста, электрика, слесаря,обслуживающего КИП и приборы автоматики, а также производственные инструкции пообслуживанию всей установки в целом, отдельных её агрегатов и элементов.
Производственныеинструкции должны содержать краткое описание агрегата или элемента установки исхему его присоединения к магистральным трубопроводам, порядок его обслуживанияпри автоматизированном и ручном управлении как при нормативном режиме, так ипри отклонении от него; последовательность выполнения операции при пуске и остановке; меры безопасности приобслуживании и ремонте; меры, которые следует принимать при аварийномсостоянии, в частности при прорыве хладагента в местах нарушения герметичности;порядок ремонта, осмотра и проверки оборудования. В инструкции следует вноситьизменения, связанные с усовершенствованием и автоматизацией оборудования, атакже с изменением правил безопасности.
1.2Физические принципы получения низких температур.
Охлаждениемназывается процесспонижения температуры охлаждаемого тела. Различают естественное и искусственноеохлаждение. При естественном охлаждении теплота от более нагретого телапереходит к менее нагретому телу (среде). Искусственное охлаждение предполагаетполучение температуры охлаждаемой среды ниже температуры окружаемой среды. Длясоздания низких температур применяют физические процессы, которыесопровождаются поглощением теплоты.
К основным физическимпроцессам, сопровождающимся поглощением теплоты, относится фазовый переходвещества при котором происходит поглощение теплоты извне: плавление или таяниепри переходе тела из твёрдого состояния в жидкое, испарение или кипение припереходе тела из жидкого в парообразное состояние, сублимация при переходе телаиз твёрдого состояния непосредственно в газообразное. Искусственное охлаждениеможет быть основано и на других физических принципах, например адиабатическомдросселировании газа с начальной температурой, меньшей, чем температура верхнейточки инверсии; адиабатическом расширении газа с отдачей полезной внешнейработы; вихревом эффекте; термоэлектрическом эффекте.
Диапазон низкихтемператур — от температур окружающейсреды да температур, близких к абсолютному нулю, — условно подразделяют наобласть умеренно низких (до — 153°C,или 120 k)и криогенных (ниже 120 K)температур.
Фазовый переход веществапри плавлении,кипении, сублимации происходит при соответствующих температурах и с поглощениемзначительного количества теплоты.
Для получения низкихтемператур, но не ниже 0° C,может быть применён водный лёд, который при атмосферном давлении плавится при0° C и имеетсравнительно большую величину удельной теплоты плавления 335 кДж/кг. При давленииниже атмосферного сублимация водного льда происходит при температуре ниже 0° C, что используют при сублимационнойсушке пищевых продуктов.
Более низкие температурыплавления можно получить, смешивая лёд с некоторыми солями, например с хлоридомкальция (рис. 1.1).
0 5 10 15 20 25 30 ξ%
Рис. 1.1. Диаграммасостояния системы
хлорид кальция – лёд.
Самая низкая температураплавления смеси хлорида кальция со льдом достигает в криогидратной(эвтектической) точке. Она равна — 55° С при массовой концентрации хлоридакальция ξ22,9%. Источником низкой температуры может служить твёрдаяуглекислота (сухой лёд), имеющий при атмосферном давлении температурусублимации – 78,5° С и удельную теплоту 574 кДж/кг.
Получение низкихтемператур в результате использования процесса кипения распространено болеешироко. С помощью одного вещества можно получить определённый интервалтемператур, поскольку температура кипения веществ зависит от давления: суменьшением давления температура кипения его понижается, и наоборот.
С помощью различныхвеществ можно получать низкие температуры в широком диапазоне.
Процесс испаренияиспользуют, например, для понижения температуры воды или влажных поверхностей.
Адиабатическимдросселированием называетсяпроцесс необратимого перехода газа (жидкости) с высокого давления на низкое(расширение) при прохождение его черезсужение поперечного сечения (перегородка с отверстием, пористая перегородка) без совершения внешней работы и без сообщенияи отнятия теплоты.
Процесс протекает быстро,вследствие чего теплообмен с окружающей средой практически не происходит иэнтальпия1 вещества не изменяется. Полезная же работа несовершается, так как работа проталкивания переходит в теплоту трения.
При адиабатическомдросселировании реального газа, в отличии от идеального в следствии изменениявнутренней энергии производится работа против сил взаимодействия молекул. Этоприводит к изменению температуры газа. Изменение температуры реального газа придросселировании называется эффектомДжоуля – Томпсона.
В зависимости отначального состояния реального газа перед дросселем температура его придросселировании может уменьшаться, увеличиваться и оставаться без изменений.
Точка, соответствующаяначальному состоянию газа, в котором температура газа при адиабатическомдросселировании не изменяется и, следовательно, изменяется знак температурногоэффекта, называется точкой инверсии,а температура, соответствующая этой точке, температурнойинверсией. Точку инверсии можно определить, построив в координатах TV (температура – объём газа) изобару ипроведя к ней касательную из начала координат.
При начальных температурахгаза, которые меньше температуры инверсии, реальный газ при дросселированиибудет охлаждаться а при начальных температурах больше температуры инверсии — нагреваться.
Большинство газов, заисключением водорода и гелия, имеет довольно высокую температуру инверсии (600°С и выше), поэтому практически для всех газообразных веществ в области, близкойк критической, адиабатическое дросселирование приводит к понижению температуры.
При адиабатическом расширении газас отдачей полезной внешней работы получение низких температур возможно прилюбом состоянии газа, так как температура изменяется в сторону понижения.
1Энтальпия,или теплосодержание, — это функция состояния, равна сумме внутренней энергии(И) и потенциальной энергии давления (PV),где P – давление, V – объём.
В отличии отадиабатического дросселирования, в этом случае эффект возможен и для идеальногогаза, при этом величина понижения температуры в процессе адиабатическогорасширения газа при прочих равных условиях бывает больше, чем в процессеадиабатического дросселирования.
Адиабатическое расширениегаза в детандре (расширителе) используют для получения криогенных температур.
Вихревой эффект достигает в вихревых трубах приподаче в них по тангенциальному вводу сжатого воздуха, имеющего температуруокружающей среды. Скорость вращения воздуха в трубе обратно пропорциональнарадиусу. Центральная часть вращающегося потока имеет большую скорость, чемпериферийная, вследствие чего температура воздуха у стенке трубы выше, а вценте ниже, чем температура подаваемого в трубу воздуха. Можно получить потокивоздуха с низкой и высокой температурами, если разделить центральную ипериферийную часть потока. Это явление называется явлением Ранка.
Термоэлектрическийэффект, известныйкак эффект Пельтье, заключается вследующем: при прохождении постоянного электрического тока через цепь,состоящую из двух разнородных проводников, или полупроводников, один из спаевимеет низкую температуру, а другой – высокую.
Холодный спайтермоэлемента, состоящий из двух ветвей, соединённых токоведущими шинами,является источником низкой температуры.
Основной показателькачества термоэлемента – коэффициент добротности (эффективность вещества),определяющий максимальную разность температур горячего и холодного спаев.
Таким образом, осуществляяопределённый физический процесс, можно получить источник требуемой низкойтемпературы, необходимый для понижениятемпературы тела, т. е. для его охлаждения.
Для осуществления процессаохлаждения необходимо иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее – источникнизкой температуры. Охлаждениепродолжается, пока между телами происходит теплообмен. Источник низкойтемпературы должен функционировать постоянно, так как охлаждение должноосуществляться непрерывно. Это возможно при достаточном большом запасеохлаждающего вещества (тела) или при его конечном количестве, если восстанавливатьпервоначальное состояние вещества. Последний метод непрерывного получениянизкой температуры широко применяется в холодильной технике с использованиемразличных холодильных машин.
Безмашинные способыполучения холода основываются на плавлении, испарении, сублимации, а втермоэлектрических охлаждающих устройствах – на эффекте Пельтье.
1.3Холодильный транспорт.
Холодильный транспортсоединяет стационарные звенья непрерывной холодильной цепи, обеспечиваянеизменность температуры продуктов при перемещении их от звена к звену.Особенно велико значение холодильного транспорта для стран с большимирасстояниями между регионами производства продуктов питания и их потребления.Большое значение имеет холодильный транспорт и при торговле продуктами питаниямежду странами.
Существующие видыхолодильного транспорта представлены железнодорожным, автомобильным и воднымтранспортом.
На долю железнодорожногохолодильного транспорта приходится основной объём перевозок крупныхоптовых партий охлаждённых или замороженных продуктов. Основу современногожелезнодорожного холодильного транспорта составляют автономные изотермическиерефрижераторные вагоны или рефрижераторные поезда (секции) с постоянным числомвагонов.
Каждый автономный рефрижераторныйвагон оснащён холодильной машиной для поддержания требуемых температурныхусловий в охлаждаемых помещениях и дизель – генераторной установки для приводакомпрессора холодильной машины. Рефрижераторные поезда и секции имеют, какправило, централизованную систему холодоснабжения. Холодильная машина и дизель– генераторная установка размещаются в специальном вагоне (машинном отделении),из которого охлаждённый рассол подаётся в грузовые вагоны.
По назначениюрефрижераторные вагоны разделяются на специальные и универсальные. Специальные вагоны используются дляконкретных видов охлаждённых или заморожённых продуктов – молочные и винныецистерны – термосы, вагоны для перевозки живой рыбы и пр. Универсальные вагоны применяются для перевозки любых видов скоропортящихся пищевых продуктов, включая продуктыживотного и растительного происхождения.
Автомобильныйхолодильный транспортявляется основным видом холодильного транспорта, связывающего внутригородскиехолодильные предприятия, например, распределительные холодильники ихолодильники предприятий торговли и массового питания. В последнее времявозрастает роль автомобильного холодильного транспорта в междугородных и международных перевозках охлаждённых илизамороженных продуктов.
Автомобильный холодильный транспортпредставлен двумя видами – изотермическими и рефрижераторными автомобилями.
Изотермическиеавтомобили оснащенытеплоизолированными кузовами без системы охлаждения. Пониженная температура вобъёме кузова автомобиля поддерживается за счёт теплоты, аккумулированнойперевозимыми продуктами. Температура воздуха в нутрии кузова нерегулируется, и её колебания достаточновелики. В некоторых случаях для снижения температуры воздуха в кузовизотермического автомобиля помещают сосуды с водным льдом, сухую твёрдуюуглекислоту или аккумуляторы холода с эвтектическими растворами (зероторы).Основной областью применения изотермического холодильного транспорта являютсявнутригородские перевозки охлаждённых или замороженных продуктов израспределительных холодильников на предприятия торговли и массового питания.
Рефрижераторныеавтомобили (илиавторефрижераторы) оснащёны автономной холодильной машиной или установкой ссистемой автоматического поддержания температуры в кузове. Работа холодильноймашины должна обеспечивать заданные температурные условия в кузове автомобиля втечении 12 часов без дополнительного обслуживания. В зависимости от назначенияи температурного уровня внутри кузова tвн.авторефрижераторыподразделяются на следующие классы:
класс А – tвн =12 … 0 0С; класс D – tвн ≤ 2 0C;
класс B – tвн= 12 … -10 0С; класс E – tвн ≤ -100С;
класс C – tвн= 12 … -120С; класс F – tвн ≤ -200С.
Авторефрижераторы класса A, B, C автоматически поддерживают любуюзаданную температуру в указанных интервалах, а класс D, E и F поддерживают температуру в кузовеавтомобиля не выше установленного значения. Авторефрижераторы классов B, C, E и F оснащаются усиленной теплоизоляциейкузова.
Водный холодильныйтранспорт являетсятакже одним из звеньев холодильной цепи и предназначен для доставки выловленнойи переработанной речной, морской или иной продукции к месту потребления,дальнейшей обработки или хранения.
Речной или морской водныйтранспорт, оснащённый теплоизолированными помещениями и установками дляискусственного поддержания температурных условий, получил названиерефрижераторного.
В зависимости от схемыорганизации лова и переработки речной или морской продукции водный холодильныйтранспорт может выполнять не только транспортные функции, но и первичную(охлаждение или замораживание) обработку.
Транспортныерефрижераторные суда могут быть специализированными или универсальными.
Специализированныерефрижераторные суда подразделяются на две категории:
высокотемпературные, для перевозкифруктов, овощей, яиц, охлаждённой и малосолёной рыбы;
низкотемпературные, для перевозкизамороженной речной или морской продукции.
Наибольшеераспространение получили универсальные рефрижераторные суда, предназначенныедля перевозки разнообразного ассортимента скоропортящихся охлаждённых илизамороженных продуктов в широком диапазоне температур охлаждаемых камер.
Вслучае необходимости комбинированной доставки охлаждённых или замороженныхпродуктов от места производства дол места потребления водным, железнодорожным иавтомобильным транспортом используются контейнерныеперевозки.
Контейнеры для перевозкискоропортящихся продуктов имеют теплоизолированные ограждения и автономнуюхолодильную машину для поддержания требуемых температурных условий вохлаждаемом объёме. В зависимости от объёма и грузоподъёмности контейнерыразделяются на следующие:
· крупнотоннажные– грузоподъёмностью брутто 10 … 30 т и охлаждаемым объёмом10 … 50 м3;
· среднетоннажные — грузоподъёмностью брутто 2,5 … 10 т иохлаждаемым объёмом 3 … 8 м3;
· малотоннажные- грузоподъёмностью брутто до 1,5 т и охлаждаемым объёмом 3 м3.
Способы и система охлажденияконтейнеров идентичны применяемы в авторефрижераторах.
В крупно – исреднетоннажных контейнерах перевозят мясо, мясопродукты, молочные продукты,рыбопродукты, яйцо, пищевые консервы, фрукты и овощи.
Малотоннажные контейнерыприменяются для перевозок мороженного, полуфабрикатов и готовых кулинарныхизделий, мясных и молочных продуктов, а также медикаментов, биопрепаратов идругих скоропортящихся грузов.
Универсальная системакрепления контейнеров позволяет быстро устанавливать их на железнодорожной платформе,прицепе автомобиля, в трюме или на палубе сухогрузного судна.
1.4Классификация и свойства транспортных судов.
Рефрижераторные судаклассифицируются по целевому назначению на:
- добывающие илипромысловые, предназначенные для охлаждения и замораживания добытыхморепродуктов;
— обрабатывающие суда, предназначены для приёма от добывающих судов морепродуктовзамораживания и переработки их;
— транспортные суда, предназначены для приёма с добывающих и обрабатывающих судовна промыслах и с береговых предприятий замороженных и охлаждённых морепродуктови доставки их в базовые порты. Их относят к универсальным судам –холодильникам.
Насовременных рефрижераторных судахвместимость охлаждаемых трюмов достигает 3500 м3 (нарыболовно – морозильных), 9000 м3 (на производственно и производственно – транспортных), 23000 м3 (наплавучих базах и транспортных рефрижераторах). Температура воздуха в трюмах
0 ÷ -300С.
Сцелью уменьшения эксплуатационных затрат, обусловленных внешними теплопритоками,грузовые помещения располагают, как правило, в носовой части судна, а машинноеотделение и служебные помещения — вкормовой части. Машинные отделения холодильной установки размещают в отдельныхгазонепроницаемых отсеках, которые должны легко сообщаться с открытой палубой.
Коэффициенттеплопередачи ограждающей конструкции должен быть не более 0,3 Вт/ (м2· К).
Вкачестве рабочего вещества холодильных машин применяют R22 и аммиак. Поэтому машинноеотделение оборудуют аварийной вентиляцией, обеспечивающий 40 – кратный обменвоздуха в час для аммиака и 20 – кратный обмен при использовании хладонов.Наряду с этим в качестве рабочего вещества холодильных машин применяют R22 и R502,что позволяет существенно упростить систему охлаждения, отказавшись отвторичных хладоносителей (для трюмов ёмкостью не более 200 м3)
Ксудовым холодильным установкам предъявляют повышенные требования,регламентированные правилами международных классификационных обществ, напримерМорским Регистром СССР. Так, каждая холодильная установка должна состоятьминимум из двух холодильных агрегатов. При этом один агрегат должен обеспечитьподдержание заданных параметров в охлаждаемых помещениях при круглосуточнойработе в течении 24 ч. в любом районе плавания судна.
Холодильныемашины и аппараты изготавливают с учётом специфики работы в морских условиях,имеют систему аварийного слива хладагента за борт.
Системуохлаждения с промежуточным хладоносителем выполняют только закрытого типа.Хладоносителем служит водный раствор хлорида кальция.
Вкачестве приборов охлаждения используют батареи и воздухоохладители. Батареимогут быть гладкотрубными, оребренными и панельными.
Применениепанельных приборов охлаждения позволяет создать непрерывный охлаждающий контур для трюмов и твиндековсудна. Обеспечивая создания равномерно температурного поля в грузовыхпомещениях и перехват внешних теплопритоков, панельные приборы охлаждения недостаточно эффективно отводят внутренние теплопритоки и обладаютповышенной металлоёмкостью.
Использованиевоздухоохладителей способствует созданию воздушной системы охлаждения на судах,позволяющей интенсивно охлаждать продукты непосредственно в трюмах и твиндеках.
Воздушныесистемы охлаждения отличаются в основном способом распределения воздуха в грузовых помещениях.Наиболее широко применяют систему с восходящим потоком воздуха, подаваемого впомещение через грузовые решётки, играющие роль воздуховодов. Однако привысокой плотности размещения грузов в помещениях затруднительно добитьсяэффективного распределения потоков воздуха, что приводит к увеличению времениохлаждения продуктов. Обычно кратность циркуляции воздуха в помещенияхподдерживают на уровне 40 – 50 для замороженных продуктов и 100 – 120 для продуктов требующихинтенсивного охлаждения и замораживания.
1.5 Способы и схемыохлаждения судов –рефрижераторов.
Выбор способа охлаждения зависит назначения судна и родаперевозимого груза. Для охлаждения грузовых помещений на рефрижераторных судахприменяют непосредственное охлаждение (провизионныекамеры), рассольные (трюмы), воздушное (трюмы, морозильныеустройства), смешанное (трюмы,морозильные устройства). Непосредственная система охлаждениядля трюмов возможна только при условии использования безвредных холодильныхагентов – хладона – 22 и хладона – 12.
Рассольнаясистема охлаждения с испарителями закрытого типа широко применяются дляохлаждения трюмов и твиндеков рефрижераторных судов. При такой системеохлаждения трубопроводы хладагента сосредоточены в рефрижераторном машинномотделении, сокращается ёмкость системы по хладагенту, уменьшается опасностьутечки и прорыва хладагента, холодный рассол в рассольные батареи трюмовподаётся двумя циркуляционными насосами,оттаивание снеговой шубы производят горячим рассолом.
Привоздушнойсистеме охлаждения в грузовые помещения вентилятором подаётся воздух,предварительно охлаждённый в воздухоохладителе. Воздухоохладитель устанавливаютвнутри грузового помещения или вне его. Воздух может охлаждаться рассолом иликипящим хладагентом. Воздушную систему охлаждения применяют при перевозкегрузов, требующих регулирование температуры и влажности охлаждаемого воздуха ивентилирования грузового помещения, например при перевозке фруктов и овощей.Воздушные системы обеспечивают достаточно равномерное распределения температурывоздуха по объёму трюма, они применены на многих современных транспортныхрефрижераторах, перевозящих рыбу и рыбопродукты.
Смешанноеохлаждение целесообразно применять при загрузки в трюмы неохлаждённогогруза, требующего в процессе перевозки охлаждения и вентиляции. При охлажденииработают батареи и воздухоохладитель, по окончании охлаждения работают толькобатареи, а воздухоохладитель включают в работу при периодической вентиляции.
Припанельномохлаждении трюмов и твиндеков рефрижераторных судов приборамиохлаждения служат листотрубные батареи, представляющие собой панели с каналами,в которых циркулирует холодный рассол или кипит холодильный агент. Панельныебатареи экранируют ограждение поверхности – борта, переборки, подволоки,двойное дно, не допускается поступление теплового потока в грузовое помещение,так как температура панели на любом участке ниже температуры воздуха в помещении. При этомтемпературы в грузовом объёме распределяются более равномерно и, следовательно,уменьшается усушка продукта и разность температур между воздухом в трюме ирассолом на 4 – 5° С, превышает эффективность приборов охлаждения в результате более медленного нарастанияснеговой шубы по сравнению с трубчатым охлаждением, сокращается расходэлектроэнергии на производство холода на 18 – 22%.
Панельные батареи могут служить металлической обшивкойтрюма (например, на судах типа «Алтай»), что на 60% сокращает расход металла пообшивке изоляции и улучшает использование грузового объёма трюма. Экономияполезного объёма составляет 8 – 11%.
Судовыехолодильные установки должны быть компактными, иметь малую массу, быть особеннонадёжными в работе, выполнение их должно учитывать работу в условиях качки,крена и дифферента. На речн