CN102706024A - 一种油气回收的阶梯式制冷系统和制冷方法及除霜方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气回收的阶梯式制冷系统，包括一级制冷系统、二级制冷系统和三级制冷系统，一级制冷系统连接所述二级制冷系统，二级制冷系统连接所述三级制冷系统。本发明具有的有益效果：本发明采用了处于热蒸汽的制冷剂直接相变除霜(热氟冲霜)，能效比高。由于热氟冲霜是直接在换热器的内部进行的，故传热快，除霜迅速，一般一级、二级油气冷凝器除霜时间在15分钟内即可完成，而三级油气冷凝器的除霜也可在30分钟内完成。大大节约了除霜时间。

Description

一种油气回收的阶梯式制冷系统和制冷方法及除霜方法

技术领域

本发明涉及一种制冷系统，特别是涉及一种油气回收的阶梯式制冷系统和制冷方法及除霜方法。 

背景技术

在现有技术中，对挥发性化学品蒸汽进行回收时，为了控制尾气的浓度，通常会用到几种回收方法的组合工艺技术，如冷凝加吸附工艺，冷凝加膜分离工艺，压缩加冷凝工艺，以上回收技术都需要以冷凝法回收技术为基础。 

针对油气回收，冷凝法是指在装卸汽油和给车辆加油的过程中，将挥发的汽油油气收集起来，通过低温冷凝使油气从气态转变为液态，重新变为汽油，达到回收利用的目的。 

传统的冷凝法工艺由利用低温尾气冷量的前置预冷换热器和之后的两级降温组成，一级冷凝温度一般控制在3℃～5℃，使之尽量接近0℃而又高于0℃，最大限度地去除液态水而又不至在换热器上结冰，二级通常需要-40℃～-60℃的低温，使油气含量降到一定值内，以方便之后的进一步对油气处理的工艺(通常为吸附法工艺)，最终使油气排放满足国家标准非甲烷总烃含量≤25g/m3的要求。为得到上述二级油气冷凝需要的低温，其制冷系统常采用二元复叠式制冷的形式。 

由于油气回收设备只是在装卸油时才运行，一般每天只工作2～8小时，故一般设备前都不设置专门的分子筛脱水装置。而只靠一级油气冷凝尽量接近0℃(一般为3～5℃)的温度控制来最大限度地去除液态水，使二级油气冷凝能多坚持一段时间再行化霜。 

一方面：在设计油气回收设备时，设备处理能力通常是参照Q/SH0117-2007《油气回收系统工程技术导则》，选所有鹤管同时发油量的80％左右来设计的(导则规定此系数取0.6～1.0，而通常设计单位都会选0.8～1.0)。而 实际油库在装卸油，常常是不定时的，大多情况下都是来一个车发一个车，油气回收设备在此时都有富余能力没有发挥，特别是一级油气冷凝系统，因为前述工艺原因，需要把温度控制在3～5℃，现在普遍的一级油气制冷系统都是直接采用单机制冷循环，靠不断开停制冷机或控制供液电磁阀来实现一级温度控制，这样在远低于油气回收设备原设计负荷的情况下装卸油时，一级制冷系统常常只工作两三分钟，一级油气温度就已降到0℃以下，而制冷系统不得不停机，且此时一级制冷系统实际的蒸发温度往往低于0℃，一级制冷机的不断开启和停止，造成一级油气温度大幅波动，起不到很好的除水作用，反而带来一级油气冷凝系统结冻的风险。 

而对一级制冷机的变频或者气缸卸载技术，可以较好地使负荷匹配，但由于成本关系，目前市场上几乎没有任何厂家采用；靠成本较低的使制冷系统旁通卸载的办法可以控制制冷系统制冷量，维持在低负荷时一级温度的较好控制，但是一级压缩机仍然会连续运转，压缩机做了很多无用功。 

另一方面：传统的冷凝法在低温工况时二级油气冷凝器结冻的解决成了难题。 

为了解决冷凝法油气回收的结冻问题，通常有以下几种方法除霜： 

1、电热法： 

在油气回收设备待机时，在引风机出口设置电热器，在需要除霜时，V1阀打开，引风机吸入旁通的空气，空气在电加热处被加热，热空气流入一级和二级油气冷凝器，一级二级油气冷凝器温度上升至0℃以上，此方法简单易操作，但是比较耗能，故一般只作为其他除霜方式的辅助手段。(也有把伴热带直接缠在一、级油气冷凝器上，因一、二级油气冷凝器都是低温换热器，需要用聚氨酯发泡等保温，故伴热带等加热元件直接在发泡的保温里加热，很不安全，且加热的伴热带、伴热板等需要根据换热器形状特殊设计，故很少采用) 

2、一级制冷系统逆循环运行，加热一级冷凝器，二级冷凝器利用一级冷凝器吹来的热风化霜，装卸汽油时，集输的油气通过引风机把油气引入油气回收装置，油气在前置预冷器内与二级冷凝器出来的低温尾气进行换热，使 油气温度降到10℃～20℃，然后再进入一级冷凝器继续降温，使油气温度降至3℃～5℃，冷凝下来的液态油进入油气暂存分离罐；通过一级冷凝器降温后的油气再进入二级冷凝器进一步降温，使油气温度降至-40℃～-60℃，大部分油气在此被冷凝为液体并进入油品暂存分离罐，低温的尾气与从油品暂存分离罐挥发出的气体汇合后进入前置预冷器，与从引风机排出的油气进行热交换后排空或进入后续处理(活性炭吸附、膜分离装置等)。 

当天发油完毕，需要除霜时，阀门打开，引风机引入空气(如果不引入空气而直接引入油气加热除霜，即不安全，又会使油气未经低温处理就进入下一步油气工序，大大增加下一步的负担。如典型的冷凝加吸附油气回收系统，若未经低温处理的油气直接进入吸附系统，吸附罐很可能急剧升温，给系统带来非常大的危险性，同时排放的油气很可能达不到国家标准的非甲烷总烃含量25g/m3以内的规定)，同时一级制冷系统逆循环，(一级制冷系统，可逆循环的单级系统)其制冷循环流程如下： 

制冷系统逆循环时，原来作为一级制冷系统的蒸发器的一级冷凝器，现在作为一级制冷系统的冷凝器，制冷剂在此冷凝放热，使引风机排出的空气在此被加热至20℃～60℃，被加热的空气进入结冻的二级冷凝器，对二级冷凝器进行加热除霜后排出。在一级冷凝器内被加热的空气不断通过二级冷凝器，使结冻的二级冷凝器温度不断上升，最终使二级冷凝器温度上升至0℃以上，达到为二级冷凝器除霜的目的。 

上述除霜工艺对发油不多，油气流量不大的油库来说，二级冷凝器不至结冻堵塞，在油库发油完成需要除霜时，一级冷凝器内被加热的空气可以轻松通过二级冷凝器，使二级冷凝器升温，但是，如果油库发油量较大，油气回收设备必须工作较长时间，如此很可能造成二级冷凝器堵塞，除霜时的热空气在二级冷凝器的结冰处堵住，热空气难于进入，很长时间二级冷凝器都不能化霜，而不得不增加辅助的电加热器对二级冷凝器化霜，带来安全隐患和造成能量的浪费。 

3、一级制冷系统、二级制冷系统脉冲电磁阀除霜： 

制冷系统脉冲除霜，是指在油气一级冷凝器、油气二级冷凝器结冻后需 要除霜时，制冷系统压缩机照常运行，同时打开冲霜电磁阀，关闭三级制冷液路电磁阀，使刚从压缩机出来的热气迅速冲入油气一级(或二级)冷凝器，达到除霜的目的。脉冲除霜会使压缩机负荷增加，压缩机吸气时可能直接吸收到从蒸发器直接冷凝的制冷剂液体，造成压缩机的液击；或者从油气冷凝器出来的热气来不及与结冻的油气冷凝器进行热交换换热，高温的热气直接吸入压缩机，致使压缩机的吸气温度过高，造成压缩机的负荷增大，压缩机在这种情况下工作不了几分钟热过载继电器或者其他保护器就会动作，故而通常只会让压缩机在此种恶劣工况下工作1～3分钟，然后必须暂停3～5分钟让压缩机“休息”一会，才能继续再次启动热冲霜，一般使油气二级冷凝器从冻结状态到化霜结束，如此冲冲歇歇需要持续1～2小时。 

比起在一级使用四通换向阀，脉冲除霜系统只需增加一个冲霜电磁阀，成本稍微节省，但是除霜时间长，且对压缩机损伤非常大，很可能带来压缩机液击、超载或者压缩机回油困难等难题，故一般只在压缩机所占资金较低的超小型制冷系统上使用，压缩机寿命缩短或者液击损坏时，只需要再购买一台压缩机即可。但不适合用于像油气回收这样压缩机成本动则几万甚至几十万的较大制冷系统上。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术在油气回收制冷系统使用中的缺陷，提供一种油气回收的阶梯式制冷系统和制冷方法及除霜方法来解决上述问题。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种油气回收的阶梯式制冷系统，包括一级制冷系统、二级制冷系统和三级制冷系统，所述一级制冷系统连接所述二级制冷系统，所述二级制冷系统连接所述三级制冷系统，其特征在于： 

所述一级制冷系统包括一级压缩机、一级风冷凝器、一级节流装置和一级蒸发器，所述一级节流装置包括一级制冷节流装置和一级过冷节流装置， 所述一级蒸发器包括第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器通过一级制冷节流装置连接一级风冷凝器，所述第二蒸发器与第一蒸发器并联，并通过一级除霜电磁阀连接一级风冷凝器，所述一级过冷节流装置连接在一级风冷凝器与第二蒸发器之间，所述第二蒸发器通过一级制冷电磁阀连接四通换向阀，所述四通换向阀连接一级压缩机； 

所述二级制冷系统包括二级压缩机、二级风冷凝器、二级节流装置和二级蒸发器，所述二级节流装置包括二级制冷节流装置和二级蒸发节流装置，所述二级蒸发器包括第三蒸发器和第四蒸发器，所述第三蒸发器通过二级制冷节流装置连接第二蒸发器，所述第二蒸发器连接二级风冷凝器，所述第四蒸发器与第三蒸发器并联，并通过二级除霜电磁阀连接第二蒸发器，所述二级蒸发节流装置连接在第二蒸发器与第四蒸发器之间，所述第四蒸发器通过二级制冷电磁阀连接四通换向阀，所述四通换向阀连接二级压缩机； 

所述三级制冷系统包括三级压缩机、三级风冷凝器、三级节流装置和三级蒸发器，所述三级节流装置包括三级制冷节流装置和三级除霜节流装置，所述三级蒸发器通过三级制冷节流装置连接第四蒸发器，所述三级蒸发器通过除霜电磁阀连接压缩机，所述三级旁路电磁阀与压缩机之间连接三级油分电磁阀的一端，所述三级油分电磁阀的另一端连接膨胀容器，所述膨胀容器通过膨胀容器电磁阀连接三级油气冷凝器，所述三级除霜节流装置设置在三级油气冷凝器与膨胀容器之间，并与膨胀容器电磁阀并联，所述三级除霜节流装置与三级油气冷凝器之间设置三级制冷回气电磁阀。 

上述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述第一蒸发器是一级油气冷凝器，所述第二蒸发器是一级过冷换热器。 

上述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述第三蒸发器是二级油气冷凝器，所述第四蒸发器是二级蒸发冷凝器。 

上述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述第五蒸发器是三级油气冷凝器。 

上述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述用于油气回收的阶梯式制冷系统还包括分离及存储设备，所述分离及存储设备同时连接一级油气冷凝器、二级油气冷凝器和三级油气冷凝器。 

上述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括引风机、预冷器、所述引风机连接所述预冷器，所述预冷器连接所述一级制冷系统。 

同时公开一种油气回收的制冷方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 

一级制冷系统传递：经压缩机压缩后排出的100～150°，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀流入一级风冷凝器，经止回阀分为两路：一路通过一级制冷节流装置进入一级油气冷凝器，与油气进行热交换，回到四通换向阀；另一路通过一级过冷节流装置，之后进入一级过冷换热器，通过一级制冷电磁阀与一级油气冷凝器流出的制冷剂汇合后进入四通换向阀，经四通换向阀返回压缩机； 

二级制冷系统传递：经压缩机压缩后排出的100～150°，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀流入二级风冷凝器，再进入一级过冷换热器，后经止回阀分为两路：一路经过制冷节流装置，进入二级油气冷凝器，同时制冷剂吸热蒸发为气体，然后回到四通换向阀；另一路经过止回阀进入二级蒸发节流装置，之后进入二级蒸发冷凝器，与二级油气冷凝器流出的制冷剂汇合后进入四通换向阀，经四通换向阀返回压缩机； 

三级制冷系统传递：经压缩机压缩后的100～150°，15～25bar制冷剂，进入三级风冷凝器，然后再进入二级蒸发冷凝器，与二级制冷系统的低温制冷剂进行换热并冷凝，后进入三级制冷节流装置，再进入三级油气冷凝器，与油气进行热交换，换热后通过三级制冷回气电磁阀回到压缩机。 

同时公开一种油气回收的除霜方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 

一级制冷系统除霜过程：经压缩机压缩后排出的100～150°，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀，再进入一级油气冷凝器，与低温的一级油气冷凝器换热，后通过止回阀，经一级除霜节流装置，把制冷剂节流为低温低压液体，通过一级过冷节流装置进入一级过冷换热器，与二级系统的制冷剂换热后，经一级除霜电磁阀后，然后进入一级风冷凝器，经四通换向阀后回到压缩机。 

二级制冷系统除霜过程：经压缩机压缩后排出的100～150°，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀，后进入一级油气冷凝器，与低温的一级油气冷凝器换热，后通过二级蒸发节流装置，把制冷剂节流为-20℃～-40℃液体，经二级蒸发冷凝器，与三级系统的制冷系统换热后，经二级除霜电磁阀进入一级过冷换热器，通过二级风冷凝器处被环境部分加热，经四通换向阀回到压缩机。 

三级制冷系统除霜过程：经压缩机压缩后的100～150°，15～25bar制冷剂，通过三级除霜电磁阀直接进入三级油气冷凝器，与-45℃～-70℃的三级油气冷凝器换热，再经三级膨胀容器电磁阀进入膨胀容器，随后从膨胀容器通过三级除霜节流装置降压后，回到压缩机。 

本发明具有的有益效果： 

1、本发明采用了处于热蒸汽的制冷剂直接相变除霜(热氟冲霜)，能效比高。 

2、由于热氟冲霜是直接在换热器的内部进行的，故传热快，除霜迅速，一般一级、二级油气冷凝器除霜时间在15分钟内即可完成，而三级油气冷凝器的除霜也可在30分钟内完成。大大节约了除霜时间。 

3、热氟冲霜，制冷剂的温度来自压缩机的压缩热，其最高温度被天然的控制在130℃以内，比电加热除霜安全。 

4、热氟冲霜，不用额外引入空气，可在发油量相对较小时进行，实现了油气回收设备的连续运行。 

5、因热氟冲霜是在换热器的制冷侧进行，油气冷凝器的油气通道即使被 冻实了，也能对之除霜。 

6、增设的位于原3℃～5℃油气冷凝器与-40℃～-60℃油气冷凝器之间的-15℃～-30℃油气冷凝器，大大增加了系统能效比，原二元复叠式制冷系统的低温级(本发明的第三级制冷系统)可大大缩小。 

7、本发明第三级的R23级热氟冲霜，只需增加两个电磁阀，增大一点膨胀容器，便解决了传统工艺中低温级除霜的难题，保证了压缩机的使用寿命。 

8、由于采用了热氟除霜，且各级油气冷凝器皆能互不影响地独立除霜，故油气回收设备可连续运行，不致像传统工艺一样，即使有油罐车在装车，如果正好遇到油气回收设备在除霜，也只能把装车时产生的油气都直接排放到大气。本发明为能连续运行的油气回收设备，更节能，更环保。 

9、低负荷时，一级制冷系统自动把冷量传递给下一级，降低油气回收设备油气回收处理的终温，使进入后续吸附处理或膜处理的油气浓度更低，客观上延长了吸附处理中的活性碳或膜处理中的膜的寿命。 

10、实现了一级制冷系统低负荷运行时的有效控制，避免了一级冷凝温度的较大波动，避免了一级制冷压缩机的频繁启停。 

附图说明

图1为本发明的一级制冷系统示意图 

图2为本发明的二级和三级制冷系统示意图 

图3为本发明的制冷方式流程图 

图4为本发明的除霜方法流程图 

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下： 

参看图1、图2、图3和图4，一种油气回收的阶梯式制冷系统，包括引风机、预冷器、一级制冷系统、二级制冷系统和三级制冷系统，引风机连接 所述预冷器。 

预冷器连接所述一级制冷系统，一级制冷系统连接二级制冷系统，二级制冷系统连接三级制冷系统。 

为了使收集的气态油能顺利变为液态一级制冷系统包括一级压缩机1、一级风冷凝器2、一级节流装置和一级蒸发器，一级节流装置包括一级制冷节流装置4和一级过冷节流装置7，而一级蒸发器包括第一蒸发器5和第二蒸发器8，第一蒸发器5通过一级制冷节流装置4连接一级风冷凝器，第二蒸发器8与第一蒸发器5并联，并通过一级除霜电磁阀3连接一级风冷凝器2，一级过冷节流装置4连接在一级风冷凝器2与第二蒸发器8之间，第二蒸发器8通过一级制冷电磁阀6连接四通换向阀，四通换向阀连接一级压缩机1。为了有效制冷，第一蒸发器5是一级油气冷凝器，第二蒸发器8是一级过冷换热器。 

而一级冷凝器冷凝后会残留一部分气态油，这就需要进一步冷凝，为此设置二级冷凝器，二级制冷系统包括二级压缩机10、二级风冷凝器9、二级节流装置和二级蒸发器，二级节流装置包括二级制冷节流装置13和二级蒸发节流装置17，二级蒸发器包括第三蒸发器14和第四蒸发器16，第三蒸发器14通过二级制冷节流装置13连接第二蒸发器8，第二蒸发器8连接二级风冷凝器9，第四蒸发器16与第三蒸发器14并联，并通过二级除霜电磁阀12连接第二蒸发器8，二级蒸发节流装置17连接在第二蒸发器8与第四蒸发器16之间，第四蒸发器16通过二级制冷电磁阀15连接四通换向阀，四通换向阀连接二级压缩机10。为了增加效率，第三蒸发器14是二级油气冷凝器，第四蒸发器16是二级蒸发冷凝器。 

三级制冷系统包括三级压缩机21、三级风冷凝器20、三级节流装置和三级蒸发器11，三级节流装置包括三级制冷节流装置19和三级除霜节流装置26，三级蒸发器11通过三级制冷节流装置19连接第四蒸发器16，三级蒸发器11通过三级旁路电磁阀23连接压缩机，三级蒸发器11采用三级油气冷凝器。三级旁路电磁阀23与压缩机之间连接三级油分电磁阀24的一端，三级油分电磁阀的另一端连接膨胀容器25，膨胀容器25通过三级膨胀容器电磁阀27连接三级油气冷凝器，三级除霜节流装置26设置在三级油气冷凝器与膨胀 容器之间，并与三级膨胀容器电磁阀27并联，三级除霜节流装置26与三级油气冷凝器11之间设置三级制冷回气电磁阀22。 

除了制冷还需对冷凝后的液态油储存，因此，用于油气回收的阶梯式制冷系统还包括分离及存储设备，分离及存储设备分别连接一级油气冷凝器、二级油气冷凝器和三级油气冷凝器。 

参看图3为了能更好的制冷，在这套系统中先把装卸汽油时，集输的油气通过引风机把油气引入油气回收装置，油气在前置预冷器内与二级冷凝器出来的低温尾气进行换热，使油气温度降到10℃～20℃，然后再进入一级冷凝器继续降温，使油气温度降至3℃～5℃，变为液态的油气流入分离罐，气态的通过一级冷凝器降温后的油气再进入二级冷凝器进一步降温，使油气温度降至-15℃～-30℃，变为液态的油气流入分离罐，然后气态的在二级冷凝器进一步降温后，转入三级冷凝器，通过三级冷凝器把温度降到-40℃～-60℃，大部分油气在此被冷凝为液体并进入油品暂存分离罐，低温的尾气与从油品暂存分离罐挥发出的气体汇合后进入前置预冷器，与从引风机排出的油气进行热交换后排空或进入后续处理(活性炭吸附、膜分离装置等)。 

而一级冷凝器中需要一级制冷系统带走热量，经压缩机压缩后排出的高温高压制冷剂，经油分离器去除制冷剂里夹带的雾态油滴后，进入四通换向阀的A口，从B口流出进入一级风冷凝器2，制冷剂被冷凝至环境温度，变为高温高压液体，进入储液器，从储液器出来的液态制冷剂，经止回阀，分为两路：一路经过滤器，球阀，电磁阀，进入一级制冷节流装置4，这种一级制冷节流装置4是膨胀阀或毛细管，节流减压为液态的低温制冷剂进入一级油气冷凝器5，与油气进行热交换，使油气降温至3℃～5℃，同时制冷剂吸热蒸发为气体，然后回到四通换向阀的D口；另一路从止回阀出来的制冷剂，经过滤器，球阀，电磁阀，进入一级过冷节流装置4，这种节流装置也是膨胀阀或毛细管，节流减压，变为低温液体，进入一级过冷换热器8对二级制冷系统中的制冷剂进行过冷换热。然后经一级制冷电磁阀6，与一级油气冷凝器5出来的制冷剂汇合后进入四通换向阀(一级四通换向阀)的D口。经四通换向阀(一级四通换向阀)的C口出来后进入气液分离器，然后经过滤器，返 回压缩机吸气口。 

而为了补充一级制冷系统的制冷不充分，同时有二级制冷系统工作，经压缩机压缩后排出的高温高压制冷剂，经油分离器去除制冷剂里夹带的雾态油滴后，进入四通换向阀(二级四通换向阀)的A口，从B口流出进入二级风冷凝器9，制冷剂被冷凝至环境温度，变为高温高压液体，进入一级过冷换热器8，与一级制冷系统的低温制冷剂进行换热，进一步把制冷剂过冷为低温高压的制冷剂，进入储液器，从储液器出来的液态制冷剂，经止回阀，分为两路：一路经过滤器，球阀，电磁阀，进入二级制冷节流装置13，这种节流装置是膨胀阀或毛细管，节流减压为液态的低温制冷剂进入二级油气冷凝器14，与油气进行热交换，使油气降温至-15℃～-30℃，同时制冷剂吸热蒸发为气体，然后回到四通换向阀的D口；另一路从止回阀出来的制冷剂，经过滤器，球阀，电磁阀，进入二级蒸发节流装置17，这种节流装置也是膨胀阀或毛细管，节流减压，变为低温液体，进入二级蒸发冷凝器16，对二级制冷系统中的制冷剂进行过冷换热。然后经二级制冷电磁阀15，与二级油气冷凝器出来的制冷剂汇合后进入四通换向阀(二级四通换向阀)的D口。经四通换向阀(二级四通换向阀)的C口出来后进入气液分离器，然后经过滤器，返回压缩机吸气口。 

经过了一级、二级制冷后还有部分气态残余，此时需要三级制冷系统。经R23低温级压缩机压缩后的高温高压的R23制冷剂，经油气分离器(排气压力不超过卸载压力时，三级风冷凝器9和膨胀容器25之间的油分离器电磁阀关闭)，进入三级风冷凝器20预冷，然后再进入二级蒸发冷凝器16(不除霜时，三级风冷凝器20和三级油气冷凝器11之间的三级旁路电磁阀23关闭)，与二级制冷系统的低温制冷剂进行换热，R23制冷剂变为低温高压液体，然后进入过滤器，球阀，三级油气冷凝器与二级蒸发冷凝器之间的三级制冷液路电磁阀18，然后进入三级制冷节流装置19，这种节流装置是膨胀阀或毛细管，R23制冷剂变为低温低压的液体，经球阀，进入三级油气冷凝器11，与油气进行热交换，使油气降温至-40℃～-60℃，R23制冷剂变为低压蒸汽进入的三级油气冷凝器11与油气分离器之间的三级油分电磁阀24(非除霜状态时膨胀 容器与三级油气冷凝器之间三级膨胀容器电磁阀27关闭)，经气液分离器，过滤器，回到R23低温级压缩机21的吸气口。 

参看图4油气回收时冷热交换容易出现结霜情况，不利于油气回收，而制冷系统本身也能提供除霜的效果，当油气经过一级油气冷凝器5时，一级制冷系统中，需要所有制冷剂流入一级过冷换热器8，全负荷为二级制冷系统过冷。因此首先经高温级压缩机压缩后排出的高温高压制冷剂，经油分离器去除制冷剂里夹带的雾态油滴后，进入四通换向阀(一级四通换向阀)的A口，然后经D口流出，一级过冷换热器与D口之间的一级制冷电磁阀6关闭，高温高压制冷剂直接进入一级油气冷凝器5，与低温的一级油气冷凝器5换热，达到为一级油气冷凝器除霜的目的，此时部分制冷剂可能被冷凝为液体，之后经过止回阀，球阀，双向过滤器，过滤器，球阀，电磁阀，经一级过冷节流装置7(一级过冷换热器与过滤器之间的毛细管或膨胀阀)，把制冷剂节流为低温低压液体，经一级过冷换热器8，与二级系统的制冷剂换热后，进入一级油气冷凝器5与储液器之间的一级除霜电磁阀3，经止回阀后，进入双向的储液器，然后进入一级风冷凝器2，经四通换向阀(一级四通换向阀)的B口，从四通换向阀(一级四通换向阀)的C口出来，然后经气液分离器，经过滤器后回到压缩机继续被压缩。 

二级制冷系统也在工作因此也会出现结霜现象，因此二级制冷系统也要除霜，当油气经过二级油气冷凝器14时，此时一级制冷系统中一级过冷节流装置和过滤器之间的电磁阀关闭，一级制冷系统不对二级制冷系统过冷，然后经高温级压缩机压缩后排出的高温高压制冷剂，经油分离器去除制冷剂里夹带的雾态油滴后，进入四通换向阀(二级四通换向阀)的A口，然后经D口流出，D口与二级蒸发冷凝器16之间的二级制冷电磁阀15关闭，高温高压制冷剂直接进入二级油气冷凝器14，与低温的二级油气冷凝器换热，达到为二级油气冷凝器除霜的目的，此时部分制冷剂可能被冷凝为液体，之后经过止回阀，球阀，双向过滤器，过滤器，球阀，电磁阀，经二级蒸发节流装置17(过滤器与二级蒸发冷凝器16之间的毛细管或膨胀阀)，把制冷剂节流为低温低压液体，经二级蒸发冷凝器16，与三级系统的R23制冷系统换热后， 进入二级蒸发冷凝器16与储液器之间的二级除霜电磁阀12，经止回阀后，进入双向的储液器，然后进入一级过冷换热器8，在二级风冷凝器9处被环境部分加热，使制冷剂温度恢复至-20℃以上，经四通换向阀(二级四通换向阀)的B口，从四通换向阀(二级四通换向阀)的C口出来，然后经气液分离器，经过滤器后回到压缩机10继续被压缩。 

最后三级制冷系统在工作中也会出现结霜现象，因此三级制冷系统也要除霜，当油气经过三级冷凝器时，此时二级制冷系统中二级蒸发节流装置17与过滤器之间的电磁阀关闭，二级制冷系统不对二级蒸发冷凝器过冷，然后经R23低温级压缩机压缩后的高温高压的R23制冷剂，经油分离器(排气压力不超过卸载压力时，膨胀容器25与三级风冷凝器20之间的三级油分电磁阀24关闭)，与三级风冷凝器20连接的三级旁路电磁阀23打开(三级制冷液路电磁阀18关闭)，热蒸汽直接进入三级油气冷凝器11，与低温的三级油气冷凝器11换热，三级油气冷凝器11温度升至0℃以上而除霜，从三级油气冷凝器11出来的高压制冷剂(油液分离器与三级油气冷凝器11之间的三级制冷回气电磁阀22关闭)，通过三级油气冷凝器11与膨胀容器25之间的膨胀容器电磁阀27进入加大设计的膨胀容器，再经三级除霜节流装置26(油液分离器与膨胀容器25之间的毛细管或膨胀阀)降压后，进入气液分离器，经过滤器后被压缩机21吸入并再次压缩。 

R23三级制冷系统排气压力超过卸载压力时：排气压力过高，R23级高压保护器动作，膨胀容器25与三级风冷凝器20之间的三级油分电磁阀24被打开，高压制冷剂被压入低压的膨胀容器25，当排气压力降到一定值时，膨胀容器25与三级风冷凝器20之间的三级油分电磁阀24关闭，制冷剂照正常路线流动。当超过卸载压力，系统出现故障不能正常打开卸载膨胀容器25与三级风冷凝器20之间的三级油分电磁阀24时，高低压保护器中的另一只高压保护器动作，使系统停机。 

膨胀容器25由三级除霜节流装置26与制冷系统的低压端相连，卸载入膨胀容器25的制冷剂，会缓慢的从低压端补充入系统，进入油气分离器，参与再次循环。三级压缩机11低压端压力越低，膨胀容器25补充制冷剂的速 度越迅速。 

系统停机时，膨胀容器25与三级风冷凝器20之间的三级油分电磁阀24打开，R23制冷剂进入膨胀容器25暂存，降低系统停机压力。 

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。 

Claims (8)

1.一种油气回收的阶梯式制冷系统，包括一级制冷系统、二级制冷系统和三级制冷系统，所述一级制冷系统连接所述二级制冷系统，所述二级制冷系统连接所述三级制冷系统，其特征在于：

所述一级制冷系统包括一级压缩机、一级风冷凝器、一级节流装置和一级蒸发器，所述一级节流装置包括一级制冷节流装置和一级过冷节流装置，所述一级蒸发器包括第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器通过一级制冷节流装置连接一级风冷凝器，所述第二蒸发器与第一蒸发器并联，并通过一级除霜电磁阀连接一级风冷凝器，所述一级过冷节流装置连接在一级风冷凝器与第二蒸发器之间，所述第二蒸发器通过一级制冷电磁阀连接四通换向阀，所述四通换向阀连接一级压缩机；

所述二级制冷系统包括二级压缩机、二级风冷凝器、二级节流装置和二级蒸发器，所述二级节流装置包括二级制冷节流装置和二级蒸发节流装置，所述二级蒸发器包括第三蒸发器和第四蒸发器，所述第三蒸发器通过二级制冷节流装置连接第二蒸发器，所述第二蒸发器连接二级风冷凝器，所述第四蒸发器与第三蒸发器并联，并通过二级除霜电磁阀连接第二蒸发器，所述二级蒸发节流装置连接在第二蒸发器与第四蒸发器之间，所述第四蒸发器通过二级制冷电磁阀连接四通换向阀，所述四通换向阀连接二级压缩机；

所述三级制冷系统包括三级压缩机、三级风冷凝器、三级节流装置和三级蒸发器，所述三级节流装置包括三级制冷节流装置和三级除霜节流装置，所述三级蒸发器通过三级制冷节流装置连接第四蒸发器，所述三级蒸发器通过三级旁路电磁阀连接压缩机，所述除霜电磁阀与压缩机之间连接三级油分电磁阀的一端，所述三级油分电磁阀的另一端连接膨胀容器，所述膨胀容器通过膨胀容器电磁阀连接三级油气冷凝器，所述三级除霜节流装置设置在三级油气冷凝器与膨胀容器之间，并与膨胀容器电磁阀并联，所述三级除霜节流装置与三级油气冷凝器之间设置三级制冷回气电磁阀。

2.根据权利要求1所述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述第一蒸发器是一级油气冷凝器，所述第二蒸发器是一级过冷换热器。

3.根据权利要求1所述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述第三蒸发器是二级油气冷凝器，所述第四蒸发器是二级蒸发冷凝器。

4.根据权利要求1所述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述三级蒸发器是三级油气冷凝器。

5.根据权利要求4所述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述用于油气回收的阶梯式制冷系统还包括分离及存储设备，所述分离及存储设备同时连接一级油气冷凝器、二级油气冷凝器和三级油气冷凝器。

6.根据权利要求1所述一种油气回收的阶梯式制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括引风机、预冷器、所述引风机连接所述预冷器，所述预冷器连接所述一级制冷系统。

7.一种基于权利要求1～5的油气回收的制冷方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(i)一级制冷系统传递：经压缩机压缩后排出的100～150℃，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀流入一级风冷凝器，经止回阀分为两路：一路通过一级制冷节流装置进入一级油气冷凝器，与油气进行热交换，回到四通换向阀；另一路通过一级过冷节流装置，之后进入一级过冷换热器，通过一级制冷电磁阀与一级油气冷凝器流出的制冷剂汇合后进入四通换向阀，经四通换向阀返回压缩机；

(ii)二级制冷系统传递：经压缩机压缩后排出的100～150℃，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀流入二级风冷凝器，再进入一级过冷换热器，后经止回阀分为两路：一路经过制冷节流装置，进入二级油气冷凝器，同时制冷剂吸热蒸发为气体，然后回到四通换向阀；另一路经过止回阀进入二级蒸发节流装置，之后进入二级蒸发冷凝器，与二级油气冷凝器流出的制冷剂汇合后进入四通换向阀，经四通换向阀返回压缩机；

(iii)三级制冷系统传递：经压缩机压缩后的100～150℃，15～25bar制冷剂，进入三级风冷凝器，然后再进入二级蒸发冷凝器，与二级制冷系统的-20～-40℃制冷剂进行换热并冷凝，后进入三级制冷节流装置，再进入三级油气冷凝器，与油气进行热交换，换热后通过三级制冷回气电磁阀回到压缩机。

8.一种基于权利要求1～5的油气回收的除霜方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(i)一级制冷系统除霜过程：经压缩机压缩后排出的100～150℃，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀，再进入一级油气冷凝器，与一级油气冷凝器换热，后通过止回阀，经一级除霜节流装置，把制冷剂节流为-20℃～5℃液体，通过一级过冷节流装置进入一级过冷换热器，与二级系统的制冷剂换热后，经一级除霜电磁阀后，然后进入一级风冷凝器，经四通换向阀后回到压缩机。

(ii)二级制冷系统除霜过程：经压缩机压缩后排出的100～150℃，10～20bar制冷剂，进入四通换向阀，后进入一级油气冷凝器，与低温的一级油气冷凝器换热，后通过二级蒸发节流装置，把制冷剂节流为-20℃～-40℃液体，经二级蒸发冷凝器，与三级系统的制冷系统换热后，经二级除霜电磁阀进入一级过冷换热器，通过二级风冷凝器处被环境部分加热，经四通换向阀回到压缩机。

(iii)三级制冷系统除霜过程：经压缩机压缩后的100～150℃，15～25bar制冷剂，通过三级旁路电磁阀直接进入三级油气冷凝器，与-45～-70℃的三级油气冷凝器换热，再经三级膨胀容器电磁阀进入膨胀容器，随后从膨胀容器通过三级除霜节流装置降压后，回到压缩机。

Images