Prowiantówki na statkach

Chłodnia prowiantowa (tzw. prowiantówka), to zespół pomieszczeń, w których przechowuje się żywność dla załogi i pasażerów. Ponieważ statki mogą przez wiele dni nie wpływać do portu, należy starannie zaprojektować i wykonać te pomieszczenia.

Celem tego artykułu jest zwrócenie uwagi czytelnika na etapy projektowania, sposób doboru urządzeń, podstawowe normy dotyczące chłodni prowiantowych oraz podzielenie się doświadczeniami autora, jak i doświadczeniami Stoczni Gdynia S.A., której autor jest pracownikiem.

Aby prawidłowo zaprojektować instalację chłodniczą, należy po pierwsze wykonać bilans energii komory chłodniczej. Poszczególne składniki bilansu, dla stanu ustalonego przedstawiono w równaniu:

QCH = Qp + QT + QL + QU + QC + Qi [kW] (1)

gdzie: Qp = Qp1 + Qp2 [kW] (2)

Qw = Qw1 + Qw2 [kW] (3)

QT = QT1 + QT2 + QT3 [kW] (4)

Qu = Qu1 + Qu2 [kW] (5)

Qi = Qi1 + Qi2 [kW] (6)

indeksy:

ch - chłodnica powietrza,

p -zyski ciepła przez przegrody,

p1 - zyski ciepła przez przegrody izolowane (przewodzenie + konwekcja),

p2 - zyski ciepła od promieniowania słonecznego,

w - zyski ciepła doprowadzone ze świeżym powietrzem,

w1 - zyski ciepła doprowadzone na skutek wymian technologicznych powietrza w komorze przez dodatkowy wentylator,

w2 - zyski ciepła odprowadzone lub doprowadzone na skutek otwarcia drzwi,

T - zyski ciepła doprowadzone na skutek otwarcia drzwi,

T1 - zyski ciepła doprowadzone przez towar,

T2 - zyski ciepła od oddychania owoców i warzyw,

T3 - zyski ciepła doprowadzone do komory wraz z opakowaniem,

L - zyski ciepła wydzielone przez pracujących ludzi,

u - zyski ciepła wydzielone przez urządzenia,

u1 - zyski ciepła doprowadzone przez oświetlenie,

u2 - zyski ciepła wydzielone podczas pracy urządzeń,

c - nadmiar mocy cieplnej przekazanej przez grzałki elektryczne do komory,

i - zyski ciepła doprowadzone z innych źródeł,

i1 - nieprzewidziane zyski ciepła,

i2 - zyski ciepła doprowadzone na skutek regulowania atmosfery CO2.

Dobór sprężarki w zasadzie powinniśmy zacząć od momentu, w którym mamy już plan komór chłodniczych, poprowadzone rurociągi oraz znamy straty ciepła dla każdej komory. Jednakże harmonogram budowy statku przewiduje tak krótki czas na etap projektu technicznego, że w zasadzie projektant musi zamówić sprężarkę zanim uda mu się zakończyć obliczenia. W równaniu (1) przedstawiono wszystkie zyski ciepła, jakie należy wziąć pod uwagę projektując układ chłodniczy. Pamiętając jednak to, co zostało napisane wyżej ograniczę się w tym artykule do przedstawienia jak radzimy sobie z tym problemem w sposób powiedzmy wymagający mniej zabiegów i mniej pracochłonny.

Moc silnika jest dobierana dla następujących warunków wychładzania chłodni, gdzie temperatura parowania wynosi -10oC i skraplania 45°C.

Maksymalna temperatura skraplania wg towarzystw klasyfikacyjnych DNV (Det Norske Veritas) oraz GL (Germanischer Lloyd) wynosi 55°C, co jest równoważne ciśnieniu 25 bar.

Do każdej komory chłodniczej dobrano chłodnicę powietrza firmy YORK Wszystkie chłodnice są wyposażone w układ odtajania elektrycznego za wyjątkiem chłodnicy w komorze suchego prowiantu. Grzałkę instaluje się w komorze, w której temperatura parowania jest mniejsza niż 0°C i istnieje możliwość zalodzenia chłodnicy. Układ automatyki realizuje dwa cykle odtajania na dobę.

W pomieszczeniu mięsa ściek z tacy chłodnicy jest izolowany i grzany.

Instalację po wykonaniu poddaje się próbie wytrzymałości i szczelności przy następujących wartościach ciśnienia:

2,54 MPa - dla strony niskiego ciś.,
3,20 MPa - dla strony wysokiego ciś.

Wydajność parownika została dobrana w zależności od zysków ciepła, jakie policzono wykorzystując dane odnośnie przeznaczenia pomieszczenia, kubatury według uproszczonego sposobu obliczania tych zysków. Temperaturę, jaką chcemy uzyskać w poszczególnych komorach, temperaturę parowania czynnika, wydajność cieplną parownika oraz jego wyróżnik zestawiono w tabeli 1. Aby dobrać wielkość chłodnicy powietrznej znajdującej się wewnątrz komory należy znać dwie wartości parownika:

powierzchnię - znając temperatury jakie zamierzamy osiągnąć w komorach, temperaturę parowania czynnika to, współczynnik przejmowania ciepła a obliczamy wymaganą powierzchnię parownika,
wydajność chłodniczą - należy porównać z punktem o wyznaczaniu strat zimna.

Kolejnym, niezbędnym elementem układu chłodniczego jest zawór rozprężny. Dobieramy go na podstawie obciążenia cieplnego przy założonej temperaturze projektowej, natomiast nigdy nie w oparciu o moc sprężarki. Wydajność zaworu rozprężnego zależy od różnicy ciśnień przed i za zaworem oraz od ciśnienia parowania (temperatury parowania). W przypadku, gdy występuje problem z doborem zaworu dokładnie odpowiadającego wydajności chłodniczej, można bez obaw przyjąć zawór lekko niedowymiarowany, ponieważ maksymalna wydajność zaworu, jest około 20% wyższa od podawanych w tablicach. Należy starać się nie przewymiarowywać zaworu rozprężnego, ponieważ istnieje wówczas możliwość niestabilnego działania.

Zajmijmy się jeszcze doborem przewodów rurowych obiegu chłodniczego. Kryterium, według którego przyjmuje się średnice przewodów, to dopuszczalny spadek ciśnienia występujący przy przepływie czynnika chłodniczego - zależny od długości przewodu, prędkości przepływu i rodzaju czynnika. Najważniejsze zalecenia odnośnie prowadzenia przewodów to:

przewody chłodnicze muszą zapewnić powrót oleju do sprężarki. W przewodach ssawnych poziomych, transport oleju jest zapewniony przy prędkości czynnika powyżej 3 m/s, a w pionowych przy prędkości powyżej 7,5 m/s. Poziome rurociągi należy prowadzić ze spadkiem (w kierunku sprężarki) w zakresie 25÷30 mm na 1m długości.
przewody cieczowe nie powinny przebiegać przez ciepłe pomieszczenia i w pobliżu intensywnych źródeł ciepła, ze względu na możliwe parowanie czynnika. W przypadku niemożliwości ominięcia źródeł ciepła należy przewody izolować termicznie.

W rozpatrywanym przypadku długość takiego odcinka rurociągu to dosłownie kilkadziesiąt centymetrów, ponieważ skraplacz jest na jednej ramie ze sprężarką jak to widać na rysunku 2.

średnica przewodu ssawnego nie powinna być zbyt mała, gdyż powoduje to nadmierny spadek ciśnienia, w efekcie czego występuje spadek mocy chłodniczej urządzenia.
minimalna prędkość czynnika chłodniczego w pionowych odcinkach, zapewniająca powrót oleju do sprężarki wynosi 5 m/s.

Należy powiedzieć jeszcze parę słów na temat sposobu izolacji komór chłodniczych oraz rurociągów. Grubość izolacji na stalowych ściankach komór chłodniczych jest wprost proporcjonalna do ilości lub wysokości usztywnień na tych ściankach. Stosowane są dwa rodzaje sufitów:

sufity blachowane - jest w nich zastosowany drewniany szalunek, pomiędzy drewnianymi listwami jest ułożona wełna mineralna, od strony pomieszczenia znajduje się blacha nierdzewna,
sufity panelowe - których zaletą jest łatwy montaż, korzystniejszy współczynnik k oraz niestety wyższa cena od sufitu blachowanego, którego producentem jest m.in. Trzcianka.

Źródło: Chłodnictwo&Klimatyzacja