一种自复叠冷凝机组的制作方法

本发明涉及油气回收系统技术领域，特别涉及一种自复叠冷凝机组。

背景技术：

要达到国家规定的油气排放标准必须安装油气回收处理装置对油气中的轻烃组分进行回收处理，现有的油气处理方法有冷凝法、吸收法、吸附法和膜法四种。其中，冷凝法作为高浓度前处理工艺在油气回收环节必不可少，目前对于通过冷凝法冷凝温度及冷凝级数的不断深入研究，得出了将油气进行三级冷凝的方式进行油气回收，当冷凝温度为5℃，-30℃，-70℃时，其效率及回收效果均较佳。但传统做法是单独的四台压缩机或者三台压缩机，通过经典复叠的方法，实现三个温度梯度，其系统极其复杂，防爆电气仪表较多，一定程度上影响了系统的稳定性及安全性。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种自复叠冷凝机组，仅需一个压缩机便可形成多个温度梯度进行冷凝，大大减少系统的设备数量，提高其防爆安全性及系统稳定性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：一种自复叠冷凝机组，包括：

压缩机，其用于为冷媒流动提供动力及系统压差；

冷凝器，其与压缩机连接，用于对压缩机中流出的冷媒进行散热；

冷媒分级装置，其与冷凝器连接，用于将冷凝器中流出的冷媒分为多种温度级别；

换热末端，其分别与冷媒分级装置和压缩机连接，用于利用冷媒分级装置中流出的冷媒与外界换热；换热末端流出的冷媒由压缩机吸入。

本发明通过冷媒分级装置对冷媒的温度分成多个不同级别，只需要一个压缩机即可在换热末端形成多个温度梯度进行冷凝，避免了复杂的系统实现，避免了设置多个运行设备容易存在的安全隐患，提高了防爆安全性及系统稳定性。

进一步地，所述冷媒分级装置至少包括冷媒一级装置，冷媒一级装置包括：

一级冷媒通道和二级冷媒通道，其分别连接冷凝器和换热末端，用于引导冷媒从冷凝器流到换热末端；

第一换热器，其两侧分别接入一级冷媒通道和二级冷媒通道，用于一级冷媒通道和二级冷媒通道之间的换热；

一级节流装置和二级节流装置，分别设在一级冷媒通道和二级冷媒通道上，一级节流装置设在第一换热器和冷凝器之间，二级节流装置设在第一换热器和换热末端之间。

冷媒自冷凝器流出后，经由一级冷媒通道和二级冷媒通道流到第一换热器中，因为一级节流装置设在第一换热器和冷凝器之间，所以一级冷媒通道上的冷媒是先经一级节流装置的降温作用再流到第一换热器中，以对二级冷媒通道上的冷媒进行换热，从而使得二级冷媒通道上的冷媒温度降低后再经过二级节流装置，完成温度分级，然后两种温度不同的冷媒流入到换热末端中进行不同的换热过程。

进一步地，所述换热末端包括：

一级蒸发器，其分别与一级冷媒通道和压缩机连接，用于利用一级冷媒通道中的冷媒对外界换热；

二级蒸发器，其分别与二级冷媒通道和压缩机连接，用于利用二级冷媒通道中的冷媒对外界换热。

进一步地，所述压缩机包括第一进口和第二进口，所述一级蒸发器与第一进口连接，所述二级蒸发器与第二进口连接。

因为一级蒸发器中流出的冷媒和二级蒸发器中的冷媒可能因为温度不同而存在不同的压差，所以需要进入压缩机不同压力的接口，避免压力被平衡，从而压力梯度无法建立。

进一步地，所述冷媒分级装置还包括冷媒二级装置，冷媒二级装置包括：

三级冷媒通道，其分别连接冷凝器和换热末端，用于引导冷媒从冷凝器流到换热末端；

第二换热器，其一侧接入三级冷媒通道，其另一侧接入二级节流装置和压缩机之间的通路上；

三级节流装置，设在三级冷媒通道上，且设在第二换热器和换热末端之间。

通过流经二级节流装置后温度更低的冷媒对三级冷媒通道中的冷媒进行降温，温度更低的冷媒进入三级节流装置后，形成温度更低的冷媒流入到换热末端中，与一级冷媒通道和二级冷媒通道流入到换热末端中的冷媒进行不同的换热过程。

进一步地，所述换热末端包括：

一级蒸发器，其分别与一级冷媒通道和压缩机连接，用于利用一级冷媒通道中的冷媒对外界换热；

二级蒸发器，其分别与二级冷媒通道和压缩机连接，用于利用二级冷媒通道中的冷媒对外界换热；

三级蒸发器，其分别与三级冷媒通道和压缩机连接，用于利用三级冷媒通道中的冷媒对外界换热。

进一步地，所述第二换热器，其接入二级节流装置和压缩机之间的通路上的一侧，具体为接入二级蒸发器与压缩机之间的通路上。

进一步地，所述压缩机包括第一进口和第二进口，所述一级蒸发器与第一进口连接，所述二级蒸发器和三级蒸发器均与第二进口连接。

进一步地，所述冷媒为混合制冷剂，所述冷媒分级装置还包括：

第一气液分离器，其与冷凝器连接；一级冷媒通道、二级冷媒通道和三级冷媒通道分别通过第一气液分离器与冷凝器相连；其用于将冷凝器中流出的气态和液态的制冷剂进行分离后，分别流入一级冷媒通道、二级冷媒通道和三级冷媒通道中。

进一步地，第一气液分离器向一级冷媒通道和二级冷媒通道中通入液态的制冷剂，即混合制冷剂中的常温制冷剂组分，第一气液分离器向三级冷媒通道中通入气态的制冷剂，即混合制冷剂中的低温制冷剂组分。因为低温制冷剂组分需要进一步制冷降温变成液态，从而能够在进一步节流，获取更低的低温饱和液体状态，达到第三级制冷温度的要求。

与现有技术相比，本专利的有益效果在于：基于系统简单，结构紧凑的原则，提高设备利用率，在传统自然复叠制冷系统的基础上(例如LNG液化流程)，采用一台压缩机及的混合制冷剂，也借助压缩机中的多个进口，形成多个温度梯度的制冷剂。一方面降低传热温差，提高能效比；另一方面，当用于油气回收时，分级制冷可先在一级蒸发器中除去油气水分等重组分，过滤掉重组分后的轻组分在二级蒸发器和三级蒸发器中进行冷凝，降低油气结霜速率，提高系统稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明进行详细地说明。

实施例1：

如图1所示的一种自复叠冷凝机组，包括有：

压缩机001，其用于为冷媒流动提供动力及系统压差；

冷凝器002，其与压缩机001连接，用于对压缩机001中流出的冷媒进行散热；

冷媒分级装置，其与冷凝器002连接，用于将冷凝器002中流出的冷媒分为多种温度级别；

换热末端，其分别与冷媒分级装置和压缩机001连接，用于利用冷媒分级装置中流出的冷媒与外界换热；换热末端流出的冷媒由压缩机001吸入。

本发明通过冷媒分级装置对冷媒的温度分成多个不同级别，只需要一个压缩机001即可在换热末端形成多个温度梯度进行冷凝，避免了复杂的系统实现，避免了设置多个运行设备容易存在的安全隐患，提高了防爆安全性及系统稳定性。

所述冷媒分级装置包括冷媒一级装置，冷媒一级装置包括：

一级冷媒通道1和二级冷媒通道2，其分别连接冷凝器002和换热末端，用于引导冷媒从冷凝器002流到换热末端；

第一换热器105，其两侧分别接入一级冷媒通道1和二级冷媒通道2，用于一级冷媒通道1和二级冷媒通道2之间的换热；

一级节流装置104和二级节流装置204，分别设在一级冷媒通道1和二级冷媒通道2上，一级节流装置104设在第一换热器105和冷凝器002之间，二级节流装置204设在第一换热器105和换热末端之间。

更优地，换热末端包括：

一级蒸发器106，其分别与一级冷媒通道1和压缩机001连接，用于利用一级冷媒通道1中的冷媒对外界换热；

二级蒸发器206，其分别与二级冷媒通道2和压缩机001连接，用于利用二级冷媒通道1中的冷媒对外界换热。

更优地，所述压缩机001包括第一进口A和第二进口B，所述一级蒸发器与第一进口连接，所述二级蒸发器与第二进口连接。具体第一进口A为中压腔接口，第二进口B为压缩机吸气口。

更优地，本实施例还包括设在二级蒸发器206和第二进口B之间的通路上的第二气液分离器007。这样设置，使得从二级蒸发器206中流出的制冷剂在工况不稳定时或系统启动时即使偶然存在有液态，也可进行分离避免液体进入压缩机的第二进口B中造成液击。

具体实施过程中，一级节流装置104、二级节流装置204均为膨胀阀；第一换热器105和第二换热器205均为板式换热器。

本实施例的工作原理为：

冷媒经由压缩机001压缩为高温高压气体，向冷凝器002流动进行冷凝散热后分为两路，一路为一级冷媒通道1，另一路为二级冷媒通道2，一级冷媒通道1直接接入第一换热器105，二级冷媒通道2先经过一级节流装置104变成低温低压液体再进入第一换热器105；经第一换热器105换热后，二级冷媒通道2的冷媒才进入二级节流装置204形成低温低压液体；一级冷媒通道1和二级冷媒通道2中的冷媒分别流入一级蒸发器106和二级蒸发器206中进行换热；自此，一级蒸发器106中的温度和二级蒸发器206中冷媒的温度形成两个温度梯度。

一级蒸发器106中的冷媒换热后由压缩机001回吸到第一进口A中，而二级蒸发器206中的冷媒换热后由压缩机001通过第二气液分离器007回吸到第二进口B中。

实施例2：

如图2所示的一种自复叠冷凝机组，包括有：

压缩机001，其用于为冷媒流动提供动力；

冷凝器002，其与压缩机001连接，用于对压缩机001中流出的冷媒进行散热；

冷媒分级装置，其与冷凝器002连接，用于将冷凝器002中流出的冷媒分为多种温度级别；

换热末端，其分别与冷媒分级装置和压缩机001连接，用于利用冷媒分级装置中流出的冷媒与外界换热；换热末端流出的冷媒由压缩机001吸入。

本发明通过冷媒分级装置对冷媒的温度分成多个不同级别，只需要一个压缩机001即可在换热末端形成多个温度梯度进行冷凝，避免了复杂的系统实现，避免了设置多个运行设备容易存在的安全隐患，提高了防爆安全性及系统稳定性。

所述冷媒分级装置包括冷媒一级装置，冷媒一级装置包括：

一级冷媒通道1和二级冷媒通道2，其分别连接冷凝器002和换热末端，用于引导冷媒从冷凝器002流到换热末端；

第一换热器105，其两侧分别接入一级冷媒通道1和二级冷媒通道2，用于一级冷媒通道1和二级冷媒通道2之间的换热；

一级节流装置104和二级节流装置204，分别设在一级冷媒通道1和二级冷媒通道2上，一级节流装置104设在第一换热器105和冷凝器002之间，二级节流装置204设在第一换热器105和换热末端之间。

更优地，所述冷媒分级装置还包括冷媒二级装置，冷媒二级装置包括：

三级冷媒通道3，其分别连接冷凝器002和换热末端，用于引导冷媒从冷凝器002流到换热末端；

第二换热器205，其一侧接入三级冷媒通道3，其另一侧接入二级节流装置204和压缩机001之间的通路上；

三级节流装置304，设在三级冷媒通道3上，且设在第二换热器205和换热末端之间。

更优地，所述换热末端包括：

一级蒸发器106，其分别与一级冷媒通道1和压缩机001连接，用于利用一级冷媒通道1中的冷媒对外界换热；

二级蒸发器206，其分别与二级冷媒通道2和压缩机001连接，用于利用二级冷媒通道2中的冷媒对外界换热；

三级蒸发器306，其分别与三级冷媒通道3和压缩机001连接，用于利用三级冷媒通道3中的冷媒对外界换热。

更优地，所述第二换热器205，其接入二级节流装置204和压缩机001之间的通路上的一侧，具体为接入二级蒸发器206与压缩机001之间的通路上。

更优地，所述压缩机001包括第一进口A和第二进口B，所述一级蒸发器106与第一进口A连接，所述二级蒸发器206和三级蒸发器306均与第二进口B连接。

更优地，所述冷媒为混合制冷剂，所述冷媒分级装置还包括：

第一气液分离器003，其与冷凝器002连接；一级冷媒通道1、二级冷媒通道2和三级冷媒通道3分别通过第一气液分离器003与冷凝器002相连；其用于将冷凝器002中流出的气态和液态的制冷剂进行分离后，分别流入一级冷媒通道1、二级冷媒通道2和三级冷媒通道3中。

更优地，第一气液分离器003向一级冷媒通道1和二级冷媒通道2中通入液态的制冷剂，具体为混合制冷剂中的常温制冷剂组分，第一气液分离器003向三级冷媒通道3中通入气态的制冷剂，具体为混合制冷剂中的低温制冷剂组分。因为低温制冷剂组分需要进一步制冷降温变成液态，从而能够在进一步节流，获取更低的低温饱和液体状态，达到第三级制冷温度的要求。

更优地，本实施例还包括设在第二进口B处的第二气液分离器007。这样设置，使得从二级蒸发器206和三级蒸发器306中流出的制冷剂在工况不稳定时或系统启动时即使偶然存在液态，也可进行分离避免液体进入压缩机的第二进口B中造成液击。第一进口A中的制冷剂有换热器105给予热量，液体存在几率低，另外，即便有少量饱和液体进入第一进口A，因为第一进口A为中压腔，制冷剂已有一定的压缩，制冷剂具有一定的过热度，可瞬间蒸发进入中压腔的偶然产生的少量液体，对后半段压缩机的影响几率极低，所以第一进口A处无需设置气液分离器。

具体实施过程中，一级节流装置104、二级节流装置204和三级节流装置304均为膨胀阀；第一换热器105和第二换热器205均为板式换热器。

本实施例的工作原理为：

冷媒经由压缩机001压缩为高温高压气体，向冷凝器002流动进行冷凝散热后，经由第一气液分离器003分为三路，一路为一级冷媒通道1，另一路为二级冷媒通道2，还有一路为三级冷媒通道3，一级冷媒通道1直接接入第一换热器105，二级冷媒通道2先经过一级节流装置104变成低温低压液体再进入第一换热器105；经第一换热器105换热后，二级冷媒通道2的冷媒才进入二级节流装置204形成低温低压液体，再流入到二级蒸发器206中，一级冷媒通道1中的冷媒在经第一换热器105换热后也流入一级蒸发器106中进行换热；二级蒸发器206中的低温低压冷媒在换热后形成低温低压的气态冷媒，再经由第二换热器205对三级冷媒通道3中的冷媒进行换热，三级冷媒通道3中的冷媒经第二换热器205换热后再进入三级节流装置304形成低温低压液体，再流入三级蒸发器306中进行换热；自此，一级蒸发器106中的温度、二级蒸发器206和三级蒸发器306中冷媒的温度形成三个温度梯度，具体为5℃/-30℃/-70℃三个温度梯度。

一级蒸发器106中的冷媒换热后由压缩机001回吸到第一进口A中，而三级蒸发器306中的冷媒和第二换热器205中的冷媒吸热后由压缩机001通过第二气液分离器007回吸到第二进口B中。

因为冷媒两个组分的饱和压力不同，所以在第一气液分离器003中冷媒的高温组分和低温组分会进行分离，所谓饱和就是制冷剂发生相变的时候，因为现在冷冻机都是利用相变时去制冷或散热，实现较大冷量，冷凝时散热，蒸发时制冷，而为混合制冷剂的冷媒，就是同样的压力下制冷剂中的低温组分蒸发的温度更低，同样的温度下，只要达到饱和状态(蒸发或冷凝)，低温组分的压力更高。总结来说就是高温组分和低温组分，压力和温度的对应值不一样。