NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT MỘT HỆ THỐNG LẠNH TỐI ƯU VÀ CẢI TIẾN CÁC HẦM BẢO QUẢN GIẢM TỐI THIỂU MỨC TỔN THẤT LẠNH TRÊN CÁC TÀU ĐÁNH BẮT XA BỜ

1. Tính cấp thiết của của đề tài

Trong hơn một thập kỷ qua công nghệ khai thác thủy hải sản đã có những thay đổi, các trang thiết bị trên tàu cá như máy bộ đàm, định vị, dò cá đã được trang bị hầu hết trên các tàu cá xa bờ tùy theo từng nghành nghề khác nhau. Sản lượng đánh bắt không ngừng tăng trưởng, bình quân năm đạt 4,6%/năm (sản lượng khai thác hải sản năm 2001 là 1.481.200 tấn đã tăng lên 2.226.600 tấn năm 2010). Cơ cấu sản lượng khai thác hải sản, sản lượng cá luôn chiếm tỷ trọng lớn, khoảng 75% sản lượng khai thác hải sản. Tốc độ gia tăng sản lượng cá biển giai đoạn 2001 – 2010 là 4,4 %.

Tuy nhiên với sự gia tăng sản lượng thủy hải sản là một bước chuyển lớn song chất lượng hải sản sau thu hoạch lại là vấn đề tồn tại mà ngành thủy hải sản phải đặc biệt quan tâm trong giai đoạn hiện nay. Hiện tại phương thức bảo quản sản phẩm sau khai thác phổ biến là dùng nước đá là chủ yếu, việc sử dụng phương thức cấp đông, sản xuất đá lạnh bằng nước biển ngay trên tàu chỉ đối với tàu lớn sản xuất dài ngày trên biển, loại tàu này không nhiều, tình hình này dẫn đến những hao hụt lớn sau khai thác, gây lãng phí nguồn lợi, hạn chế hiệu quả kinh tế. Tính trung bình sản phẩm sau khai thác đến được người tiêu thụ cuối cùng thường bị hao hụt từ 25 – 30%. Một số tàu cá ngừ hiện nay sử dụng công nghệ xốp thổi đối với hầm bảo quản, bảo quản lạnh bằng cồng nghệ nước biển nhưng còn ít và đang quá trình thử nghiệm.

Để khắc phục cho tình trạng này chúng ta cần đánh giá các phương pháp bảo quản lạnh hiện tại sẽ làm giảm tổn thất sau khai thác hải sản và tiến hành tìm kiếm áp dụng các giải pháp mới vào trong quá trình khai thác nhằm khắc phục được những tổn thất và bảo quản tốt hơn sản phẩm sau đánh bắt hiện nay, tuy là bài toán khó, nhưng phải được xác định là ưu tiên hàng đầu và là giải pháp căn cơ, bền vững của ngành khai thác hải sản.

Do vậy, việc nghiên cứu, lắp đặt một hệ thống lạnh tối ưu và cải tiến các hầm bảo quản giảm tối thiểu mức tổn thất lạnh trên các tàu đánh bắt xa bờ là một mô hình thực sự thiết thực nhằm nâng cao hiệu quả khai thác, đảm bảo nhu cầu bảo quản hải sản, giảm tổn thất sau đánh bắt của ngư dân.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

• Nghiên cứu các công nghệ bảo quản thủy hải sản trên biển.
• Nghiên cứu tính toán nhu cầu tải lạnh cho một hầm của tàu cá.
• Thiết kế một hệ thống (thiết bị và hầm bảo quản tối ưu) đảm bảo hoạt động ổn định, an toàn, lâu dài của phương tiện.
• Cải tiến thiết bị hệ thống lạnh và giải bài toán ăn mòn của các thiết bị này trong môi trường biển.
• Đánh giá hiệu quả kinh tế của giải pháp
• Rút ra các kết luận và nhận xét.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.Đối tượng nghiên cứu: Kho bảo quản sản phẩm trên tàu đánh bắt cá xa bờ (ngành nghề: câu mực, câu cá ngừ đại dương, lưới rê, lưới cản, lưới vây) có công suất từ 400 cv trở lên.

2. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, lắp đặt hệ thống lạnh cho 01 hầm bảo quản sản phẩm trên 01 tàu đánh bắt cá xa bờ (công suất > 400cv) của thành phố Đà Nẵng.

4. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra, thu thập số liệu tổng hợp:

• Thu thập thông tin từ các nguồn khác nhau: Các tạp chí và tài liệu khoa học chuyên ngành trên mạng Internet, Thư viện, Trung tâm Thông tin KHCN, các đối tác trong và nước ngoài. Khảo sát, thu thập số liệu thực tế tại các tàu đánh bắt cá xa bờ của thành phố Đà Nẵng;
• Nghiên cứu, bổ sung, cải tiến kỹ thuật phù hợp với trình độ KHCN và khả năng tài chính, kỹ thuật và nhu cầu về bảo quản thủy hải sản của các tàu cá tại thành phố Đà Nẵng.

Phương pháp thực nghiệm:

• Tính toán nhu cầu lạnh cho hầm bảo quản lạnh cần nghiên cứu.
• Căn cứ nhu cầu lạnh để thiết kế hệ thống với công nghệ phù hợp với thực tế tàu cá và lắp đặt hệ thống lạnh thực nghiệm cho hầm bảo quản lạnh của tàu cá.
• Trên cơ sở các số liệu hoạt động thực tế của hệ thống lạnh để đánh giá hiệu quả của đề tài.

5. Bố cục của luận văn

CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG KHAI THÁC & BẢO QUẢN HẢI SẢN TRÊN BIỂN

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN XỬ LÝ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG LẠNH ỨNG DỤNG CHO TÀU ĐÁNH CÁ TRÊN BIỂN

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO HẦM BẢO QUẢN CỦA TÀU CÁ

CHƯƠNG 4: THI CÔNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ

CHƯƠNG 1

HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ

BẢO QUẢN HẢI SẢN TRÊN BIỂN

1.1. KHÁI QUÁT VỀ TIỀM NĂNG KHAI THÁC HẢI SẢN TẠI TP . ĐÀ NẴNG VÀ CÁC CHỦ TRƯƠNG CỦA NHÀ NƯỚC PHÁT TRIỂN NGHÀNH KHAI THÁC THỦY HẢI SẢN CẢ NƯỚC

1.2. TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ BẢO QUẢN LẠNH CHO HẢI SẢN TRÊN TÀU ĐÁNH BẮT CÁ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TÌNH HÌNH VIỆT NAM

1.2.1. Bảo quản cá bằng công nghệ bơm băng

1.2.2. Bảo quản cá bằng công nghệ sản xuất đá khô CO2

1.2.3. Sản xuất đá vảy từ nước biển để bảo quản thủy sản

1.2.4. Bảo quản thủy sản bằng hệ thống cung cấp lạnh bổ sung trên tàu

Hiện nay các công nghệ bảo quản sản phẩm phổ biến chủ yếu vẫn bằng ướp nước đá cây xay nhuyễn, thậm chí có nhiều tàu hiện vẫn giữ phương pháp bảo quản truyền thống bằng cách ướp muối chỉ cho phép số ngày bảo quản rất thấp tối đa 10 ngày là đã hết đá ướp lạnh, nhưng một chuyến biển kéo dài từ 20-25 ngày nhằm tăng sản lượng đánh bắt (khi không đảm bảo sản lượng cho 01 chuyến ra khơi có nhiều phí tổn như: “chi phí giá nhiên liệu tăng, chi phí phục vụ sản xuất tăng liên tục buộc các chủ phương tiện phải kéo dài chuyến biển để đảm bảo sản lượng”) song điều đó đồng nghĩa sẽ giảm về chất lượng nhiều loài hải sản (tôm, cá, mực) nên đã ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm thủy hải sản. Việc phân loại sản phẩm ngay trên tàu cá chỉ thực hiện đối với thủy sản có giá trị kinh tế cao, ở những tàu công suất lớn (Ở các các loại tàu này người ta mới bố trí được các hầm chứa cách nhiệt, thực hiện phân loại bảo quản với sản phẩm phục vụ ăn tươi và làm nguyên liệu chế biến xuất khẩu). Trong khi đó, đại đa số tàu đánh cá ngư dân vùng ven biển chỉ ở công suất đánh bắt vừa và nhỏ, trọng lượng đánh bắt khiêm tốn nhưng công tác bảo quản lại không đáp ứng chất lượng không đi đôi với sản lượng.

Nguyên lý hoạt động: là một hệ thống lạnh thông thường gồm 01 máy nén lạnh được vận hành trực tiếp từ máy chính hoặc máy phụ của tàu (thông qua dây cuaroa, puli truyền động máy chính tàu với puli truyền động máy nén lạnh ); hơi cao áp sau khi qua máy nén đi vào dàn ngưng tụ và ngưng tụ thành lỏng chuyển đến bình chứa cao áp, lỏng cao áp đi đến van tiết lưu chuyển sang hạ áp và đi vào dàn bay hơi được lắp đặt xung quanh thân và đáy của hầm bảo quản) nhờ đó giúp tỏa đều hơi lạnh trong hầm truyền qua các lớp đá trong hầm. (Sơ đồ nguyên lý hệ thống được thể hiện ở Hình 1). Nghiên cứu tận dụng hầm bảo quản sản phẩm hiện có của tàu cá và khi lắp hệ thống lạnh sẽ dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ của hầm bảo quản trong khoảng 0 ÷ (-5) ^oC.

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh cho tàu cá

Qua đó nếu hệ thống này được triển khai, ứng dụng tốt thì mô hình sẽ góp phần tiết kiệm đến mức thấp nhất các chi phi từ đánh bắt thủy sản cho ngư dân, nâng cao hiệu quả kinh tế khai thác. Với phương thức triển khai và ứng dụng tốt thì ngay cả nếu ngư dân tự bỏ vốn ra đầu tư thì chỉ cần một vài chuyến đi biển là ngư dân có thể lấy lại vốn đầu tư và lợi nhuận sẽ tăng đáng kể sau đó.

CHƯƠNG 2

MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN XỬ LÝ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG LẠNH ỨNG DỤNG CHO TÀU ĐÁNH CÁ TRÊN BIỂN

2.1. HIỆN TRẠNG VÀ KẾT QUẢ CHỌN LỌC KHẢO SÁT 30 ĐƠN VỊ TÀU VỚI 3 NHÓM ĐỐI TƯỢNG TIẾN HÀNH LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG ÁP DỤNG

2.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ PHẢI XỬ LÝ KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ LẠNH TRÊN PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI

2.2.1. Kết cấu hầm bảo quản phải tính đến các tổn thất nhiệt và tổn thất do lọt ẩm

Dựa trên kết quả khảo sát, chúng tôi nhận thấy hầm bảo quản của tàu cá ngư dân hiện nay chủ yếu là hầm có vách cách nhiệt bằng gỗ, trần hầm có 02 lớp cách nhiệt bằng mốp (độ dày 20mm), xốp và tấm ván đậy nắp hầm cũng bằng gỗ; đáy hầm được phủ lớp mốp dày 50mm. Chính việc sử dụng vách cách nhiệt bằng gỗ để bảo quản có nhiều nhược điểm:

• Việc sử dụng gỗ là thành phần chính hầm nếu bị thấm nước thì từ vật liệu cách nhiệt sẽ trở thành vật liệu dẫn nhiệt từ ngoài vào trong hầm. Bên cạnh đó việc sử dụng đá để ướp cá trong quá trình thao tác sẽ để lọt không khí và nhiệt nóng từ bên ngoài vào làm lớp đá này tan chảy và nước sẽ thấm vào thành, vách hầm bằng gỗ.
• Kết cấu gỗ được nẹp với nhau bằng các vít cố định vào thân tàu, vẫn có khe trống, điều đó sẽ làm lọt không khí ẩm từ bên ngoài vào, góp phần gia tăng sự tan chảy của lớp nước đá bên trong hầm, dẫn đến sản phẩm thấm nước nên đẩy nhanh quá trình tạo vi khuẩn làm phân hủy hải sản, không đảm bảo chất lượng cho hải sản trong suốt quá trình đánh bắt trên biển.
• Phương pháp bảo quản của ngư dân là ướp từng lớp cá đánh bắt được, theo nguyên tắc “1 lớp cá sẽ có 1 lớp đá” vì vậy khi hầm không được cách nhiệt hoàn toàn do đó quá trình muối cá (muối đá xay) sẽ dẫn đến việc từng lớp nước đá bị tan chảy ra, đẩy nhanh quá trình tổn thất lạnh (nhiệt lạnh) ra môi trường.

(Phương thức cách nhiệt hầm được mô tả theo hình minh họa dưới đây.)

Muối cá theo nguyên tắc “1 lớp cá, 1 lớp đá”	Bảo quản thủ công, truyền thống và không đảm bảo an toàn thực phẩm
Vách gỗ cách nhiệt kém	Dễ thấm ướt và sản sinh nấm mốc, vi khuẩn có hại
Đáy hầm phủ mốp, xốp Stryrofor cách nhiệt không đảm bảo, không an toàn thực phẩm	Dễ thất thoát nhiệt, lọt ẩm

Hình 2.7: Một số hình ảnh về kết cấu hầm bảo quản hiện nay dẫn đến tổn thất lạnh

2.2. LỰA CHỌN VẬT LIỆU ĐẢM BẢO YÊU CẦU VỀ CHỐNG ĂN MÒN DO YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG BIỂN

2.3. CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO TÀU CÁ XA BỜ

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO HẦM BẢO QUẢN CỦA TÀU CÁ

3.1. THÔNG TIN VỀ TÀU CÁ VÀ HẦM BẢO QUẢN CỦA TÀU CÁ ĐƯỢC CHỌN THỰC HIỆN

3.2. TÍNH TOÁN NHU CẦU CẦN LÀM LẠNH CHO 01 HẦM BẢO QUẢN TÀU CÁ VÀ CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA

Quy trình tính toán, thiết kế và lựa chọn các thiết bị cho hệ thống lạnh bổ sung trên tàu cá được thực hiện theo trình tự các bước được trình bày trong sơ đồ sau.

Hình 3.10. Quy trình thiết kế và lựa chọn các thiết bị hệ thông lạnh

3.2.1. Cơ sở lý thuyết

Tính nhiệt hầm lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào hầm lạnh. Đây là các dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa hầm lạnh và không khí bên ngoài.

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt tổn thất này chính là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt. Đó cũng là công suất nhiệt mà máy nén cần cung cấp để bù tổn thất lạnh do nước đá tan chảy hay còn gọi là nhiệt bổ sung cho hầm lạnh bởi vì trong hầm vẫn có dự trữ đá lạnh và một hệ thống lạnh để duy trì lượng đá này không bị tan chảy theo thời gian, tạo môi trường nhiệt độ thấp giúp bảo đảm sự ổn định nhiệt độ giữa hầm lạnh và môi trường không khí bên ngoài.

Trong phần tiếp theo, các tính toán và phân tích các dòng nhiệt trong, xung quanh hầm bảo quản lạnh trên tàu được chọn sẽ được nêu ra chi tiết.

3.2.2. Đặt bài toán

Bài toán: Tính toán tổng tổn thất nhiệt (lạnh) qua hầm bảo quản tàu cá

Tổn thất nhiệt từ hầm bảo quản ra môi trường gồm các dòng nhiệt sau:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅, (W) [ 2 ]

Trong đó các tổn thất nhiệt lần lượt là:

– Q₁ là dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh

– Q₂ là dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh

– Q₃ là dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh

– Q₄ là dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành

– Q₅ là dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi hô hấp

Hình 1. Mô tả các dòng nhiệt tổn thất qua hầm lạnh

3.2.3. Tính toán nhiệt tổn thất

3.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Các thông số kỹ thuật của môi chất này là cơ sở quan trọng để thực hiện các tính toán tiếp theo của dự án.

Hình 2. Đồ thị Log(P-I) của chu trình nhiệt động

Từ đồ thị trên và sự hỗ trợ của phần mềm Refrigerant Chart: PsyChart Ver 2.01.34 [11] ; tôi đưa ra bảng thông số của môi chất lạnh R134a như sau:

Bảng 1. Các thông số nhiệt động của chu trình

3.4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ BAY HƠI VÀ HẦM BẢO QUẢN LẠNH

3.4.1. Tính toán thiết bị bay hơi

Bảng 2. Tính toán hệ số truyền nhiệt từ môi chất – đồng – dầu

Vậy hệ số truyền nhiệt

a. Tính toán chênh lệch nhiệt độ logarit

Công thức 2.3 Chênh nhiệt độ logarit giữa môi chất và dầu truyền nhiệt lạnh [1]

Bảng 3. Tính toán chênh lệch nhiệt độ logarit

Vậy độ chênh nhiệt độ logarit ΔT = 12.0 (K)

b. Tính toán diện tích trao đổi nhiệt của ống đồng thiết bị bay hơi

Từ công thức 2 ta rút ra được công thức 2’ như sau

Bảng 4. Tính toán diện tích trao đổi nhiệt của ống đồng thiết bị bay hơi

Vậy diện tích trao đổi nhiệt cần thiết của thiết bị bay hơi là

c. Tính toán chiều dài ống trao đổi nhiệt

Từ diện tích trao đổi nhiệt tính toán được; nhóm nghiên cứu tính lại chiều dài ống đồng của thiết bị bay hơi nhờ công thức 2’.1

Công thức 2’.1

Bảng 5. Tính toán chiều dài ống trao đổi nhiệt

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN KY THUAT\New folder/ LV đề tài lạnh 28-11