CN111336704B - 一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷*** - Google Patents

一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷***，一种低负荷下无故障连续运行的制冷方法，至少包括两级制冷***，所述高温原料依次经过上一级制冷***和下一级制冷***，逐级降低所述高温料的温度，当下一级的制冷***的温度低于目标温度时，所述下一级制冷***中的载冷剂携带冷量泄放至上一级制冷***，上一级的载冷剂溢流至下一级的制冷***；当下一级制冷***的温度达到目标温度时，停止冷量泄放，且各级制冷***中的载冷剂均能够达到各自的目标温度，最低冷量负荷可达零，适应被冷却物料工况大幅度的频繁波动情况，二级以上的制冷***冷却介质为上一级制冷***中的载冷剂，从而可极大提高压缩机的压缩比，节能显著。

Description

一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷***
技术领域
本发明涉及制冷***深度冷凝技术领域，尤其涉及一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷***。
背景技术
目前，机械制冷技术在-80℃～-100℃的深度冷凝过程中均采用复叠机组才能实现。但在实际应用中故障较多，主要体现在当被冷却对象的流量、温度等条件处于波动状态时，制冷机组冷量过剩时需要待机或停机，冷量不足时，又需要加大功率运转。目前，为了保护制冷机组使用寿命，控制***设置的压缩机两次运行的时间间隔均在10分钟以上，根据这样的设定，当制冷机组停机后在10分钟内无法再次启动，制冷量为零，这会导致这段时间内工艺参数发生不可控的剧烈波动；同时制冷机组频繁待机、停机、启动，易导致制冷机组润滑油***出现跑油故障，严重时会出现压缩机螺杆抱轴，电机烧毁情况，为此提出一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷***。
发明内容
本发明将解决现有的制冷***在被冷却原料热量波动大、波动频率高的制冷状况下不能够稳定连续运转，原料流量频繁从0到最大值波动，消除机组缺油故障的技术问题，提供一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷***。
本发明提供的技术方案如下：
一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷方法，至少包括两级制冷***，高温原料依次经过上一级制冷***和下一级制冷***，逐级降低所述高温原料的温度，所述高温原料依次与上一级制冷***和下一级制冷系中的载冷剂换热，下一级制冷***的目标温度比上一级制冷***的目标温度低；
当下一级的制冷***的温度低于其目标温度时，所述下一级制冷***中的载冷剂携带冷量泄放至上一级制冷***的载冷循环管路中，上一级的载冷剂溢流至下一级的制冷***的载冷循环管路中；
当下一级制冷***的温度达到其目标温度时，停止载冷剂的泄放；通过外界冷却液流经最初一级制冷***中的制冷机组，以给最初一级制冷***中的制冷机组降温，所述最初一级制冷***中冷量过剩时，通过外界冷却液进行热交换将多余冷量输送至制冷***外；且各级制冷***中的载冷剂均能够达到各自的目标温度，以使高温原料经过各级制冷***时，所述高温原料的温度降至各级制冷***所要求的温度。
在本技术方案中，将载冷剂作为冷量载体，通过压缩机做功制冷产生的冷量赋予制冷剂，并将此载冷剂作为其他工况制冷压缩机高压冷却段的冷却介质，由于载冷剂的温度远低于普通冷却介质，如空气，循环水***等，将其作为冷却介质，与现有工况相比，可以有效降低压缩比以及功率；
当下一级制冷***中冷量过剩时，下一级制冷***中的载冷剂泄放至上一级制冷***中，使得冷量进入到上一级制冷***中进行循环，这样就能很快将上一级的温度降至目标温度，上一级制冷***中的载冷剂就会溢流至下一级制冷***中，以维持各级制冷***中载冷剂的平衡，同时上一级制冷***中的较高温度的载冷剂溢流到下一级制冷***时，能够很快使得下一级制冷***中的温度上升至目标温度，这样不仅在制冷***中冷量过剩或者过低时不需要制冷机组频繁的待机、停机启动，使得整个制冷***中的制冷机组一直在运行，而且通过溢流和泄放的平衡，使得各级制冷***中载冷剂的温度能够很快达到目标温度，这样就能将流经各级制冷***中的高温原料很快的降低至各级制冷***所需温度。
优选地，所述上一级制冷***中的部分载冷剂携带冷量与所述下一级制冷***中的制冷机组中的制冷剂进行换热，并给所述下一级制冷机组降温。
在本技术方案中，上一级制冷***中的载冷剂部分流经下一级的制冷机组，并再次进入上一级制冷***中，以使得上一级制冷***中多余的冷量能够给下一级制冷***中的制冷机组降温，起到了节能的效果，避免冷量的浪费，同时还能够使制冷***稳定运行，避免过多的冷量泄放至制冷***外。
优选地，通过外界冷却液流经最初一级制冷***中的制冷机组，以给最初一级制冷***中的制冷机组降温。
在本技术方案中，通过外界冷却液给最初一级制冷***中的制冷机组降温，以使最初一级制冷***中的制冷机组能够正常运行，在本方案中，冷却液可以为水。
优选地，所述最初一级制冷***中冷量过剩时，通过外界冷却液进行热交换将多余冷量输送至制冷***外。
在本技术方案中，通过外界冷却液与最初一级制冷***中进行热交换，以使在最初一级制冷***中的冷量过剩时，外界冷却液能够将最初一级制冷***中的冷量携带至***外，以使最初一级制冷***中的冷量能够很快的达到目标温度，将高温原料降低至最初一级制冷***所要降低的温度。
优选地，所述载冷剂的温度适用范围为30℃～-120℃，且所述载冷剂的种类为无机低凝固点溶液中的1-3种，或者有机低凝固点溶液中的1-3种，或者专用载冷剂中的1-3种。
在本技术方案中，所述无机低凝固点溶液为水、氯化钠溶液、氯化钙溶液等溶液；有机低凝固点溶液甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、乙烯乙二醇、丙烯乙二醇、丙三醇、二氯甲烷、三氯甲烷等溶液；专用载冷剂为冰河冷媒等。
优选地，所用载冷剂为无毒或低毒、低腐蚀性的溶液作为载冷剂。
在本技术方案中，可以使用乙醇、乙二醇、丙三醇、冰河冷媒等溶液作为载冷剂，且载冷剂为无毒或低毒且低腐蚀性，以使得在制冷过程中更加安全。
一种低负荷下无故障连续运行的制冷***，至少包括叠加的一级制冷***和二级制冷***，所述一级制冷***包括由依次连通的一级冷媒罐、一级循环泵、一级制冷机组、一级制冷换热器；所述二级制冷***包括由依次连通的二级冷媒罐、二级循环泵、二级制冷机组、二级制冷换热器；其中所述一级冷媒罐与所述二级冷媒罐单向连通，以使所述二级冷媒罐中的载冷剂能够溢流至所述二级冷媒罐中；在所述二级制冷换热器和所述二级制冷机组之间设置第一旁路管道，所述第一旁路管道与所述一级制冷***的载冷剂循环管路连通，可使所述二级制冷***中冷量过剩时，所述载冷剂携带冷量泄放至所述一级制冷***的载冷剂循环管路中进行循环；下一级制冷***的目标温度比上一级制冷***的目标温度低；高温原料依次经过上一级制冷***和二级制冷***，并与一级制冷换热器和二级制冷换热器中的载冷剂进行换热，当二级制冷***的温度达到其目标温度时，停止载冷剂的泄放，且各级制冷***中的载冷剂均能够达到各自的目标温度，以使高温原料经过各级制冷***时，所述高温原料的温度降至各级制冷***所要求的温度；在所述一级制冷***中，还包括进水管道、出水管道和一级回收换热器，所述一级回收换热器设置在所述一级制冷机组和所述一级制冷换热器之间，且所述一级制冷机组、一级回收换热器和一级制冷换热器顺次连通，所述进水管道、一级回收换热器以及出水管道顺次连通，以使外界冷却液流经一级回收换热器将过剩的冷量输送至制冷***外。
在本技术方案中，一级制冷***和二级制冷***的各部件通过管道连通，以使得制冷剂能够在各级制冷***中进行内循环，同时一级冷媒罐和二级冷媒罐之间单向连通，通过设置第一旁路管道以使得在二级制冷***中冷量过剩时，二级制冷***中的载冷剂能够携带冷量泄放至一级制冷***中，使得一级冷媒罐中的载冷剂就会溢流至二级冷媒罐中，这样就使了一级制冷***和二级制冷***中载冷剂的平衡，同时还能够将一级制冷***中的较高温度的载冷剂溢流至二级冷媒罐中，这样有助于二级制冷***中的温度能够很快的上升至目标温度，各级制冷***中的目标温度能很快的将流经各级制冷***中的高温原料降低至相应温度，以使高温原料流经各级制冷***能够准确的降低至相应的温度，以使高温原料流经最后一级制冷***后，能够达到最终所要的温度。
优选地，在所述一级制冷机组和所述一级制冷换热器之间设置第二旁路管道，所述第二旁路管道、二级制冷机组和一级冷媒罐顺次连通，以使所述一级制冷***中降温后的所述载冷剂与所述二级制冷机组中的制冷剂进行换热时能给所述二级制冷机组降温。
在本技术方案中，通过设置第一旁路管道，使一级制冷***中的部分载冷剂流经二级制冷机组后再回流到一级制冷***中，这样就能够使一级制冷***中的载冷剂能够携带冷量给二级制冷机组降温，这样就避免了冷量过多的排出***之外，从而达到节能的作用，这样使各级制冷机组在连续运转的情况下，不会有过多的冷量排出制冷***之外，避免了冷量的浪费。
优选地，在所述一级制冷***中，还包括进水管道、出水管道和一级回收换热器，所述一级回收换热器设置在所述一级制冷机组和所述一级制冷换热器之间，且所述一级制冷机组、一级回收换热器和一级制冷换热器顺次连通，所述进水管道、一级回收换热器以及出水管道顺次连通，以使外界冷却液流经一级回收换热器将过剩的冷量输送至制冷***外。
在本技术方案中，通过设置一级回收换热器，使得在一级制冷***中冷量过剩时，使得外界的冷却剂经过一级回收换热器时，能够将一级制冷***中过多的冷量泄放至一级制冷***外，以使一级制冷***的载冷剂温度维持目标温度。
优选地，还包括三级制冷***，所述三级制冷***包括由三级冷媒罐、三级循环泵、三级制冷机组、三级制冷换热器顺次连通，且且二级冷媒罐与三级冷媒罐单向连通，在所述三级制冷机组和三级制冷换热器之间设置第三旁路管道与二级冷媒罐连通，以使所述三级制冷***中冷量能泄放至所述二级制冷***中，所述二级制冷***中设置第四旁路管道与三级制冷机组连通，以使二级制冷***中的载冷剂与所述三级制冷机组中的制冷剂进行换热时，对所述三级制冷机组降温。
优选地，所述一级制冷机组、二级制冷机组和三级制冷机组均由压缩机、蒸发器、冷凝器通过循环管道顺次连通，以使各级制冷***中的载冷剂经过对应的各级制冷机组中的蒸发器进行降温。
在本技术方案中，一级制冷机组、二级制冷机组以及三级制冷机组均由压缩机、蒸发器、冷凝器通过循环管道顺次连接，以使得各级制冷机组将流经蒸发器的载冷剂温度降低，再在各级循环泵的作用下，使得载冷剂不停的流经各级制冷机组，从而将各级制冷***中的载冷剂温度降低至目标温度附近，再通过载冷剂溢流和泄放的平衡，能够很快的将各级制冷***的温度调节至目标温度。
优选地，所述一级冷媒罐和所述二级冷媒罐之间，以及所述二级冷媒罐和所述三级冷媒罐之间均通过单向阀连通，以使所述一级冷媒罐中的所述载冷剂溢流至所述二级冷媒罐，所述二级冷媒罐溢流至所述三级冷媒罐；
所述第一旁路管道、第三旁路管道以及进水管道上均连通有泄放阀，以使冷量过剩时能够泄放冷量。
与现有技术相比，本发明提供的一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷***具有以下有益效果：
1、本发明至少两个制冷***，由液体作为载冷剂以承载冷量，并将压缩机做功制冷产生的冷量赋予载冷剂，并将此载冷剂作为其它工况制冷压缩机的高压冷却段冷却介质，由于载冷剂的温度远低于普通冷却介质，将其作为冷却介质，与现有工况相比，可以有效降低压缩比以及功率。
2、本发明通过载冷剂的溢流和泄放，使各级制冷***中的载冷剂量的平衡，同时还能使下一级制冷***中载冷剂携带冷量至上一级制冷***中，使得上一级制冷***中的载冷剂温度能够很快的降低至目标温度，上一级制冷剂***中的载冷剂溢流至下一级制冷***中，使得上一级制冷***中的较高温度的载冷剂与下一级制冷***中的载冷剂混合，从而使下一级制冷***中的载冷剂的温度能够很快上升至目标温度，通过冷量的泄放和溢流的平衡，这样就可以使在不停止制冷机组运行的情况下，能够很快的将各级制冷***中的温度调节至目标温度，从而将高温原料降低至所需温度。
3、本发明通过在上一级制冷***中设置旁路管道，使得上一级制冷***中的旁路管道经过下一级制冷***中的制冷机组，使得上一级制冷***中的部分载冷剂流经下一级制冷机组后再返回到上一级制冷***中，这样就能够使各级制冷机组在不停止运行的情况下，过剩的冷量就能够将下一级制冷***中的制冷机组降温，避免整个制冷***中冷量的过多浪费，达到了节能的效果。
4、本发明通过嵌套冷却及冷量逐级释放方法，冷量调节能力最低可达零负荷，可适应工况频繁大幅度波动情况，由于避免了制冷机组频繁启停，从而使了机组长期无故障运行，延长了机组寿命，节省维修维护费用。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种低负荷无故障连续运行的嵌套式制冷方法及制冷***的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种低负荷下无故障连续运行的制冷***的结构示意图；
附图标号说明：高温原料1；一级制冷***2；二级制冷***3；三级制冷***4；冷却后原料5；
一级制冷换热器2-1；一级冷媒罐2-2；一级循环泵2-3；一级蒸发器2-4；一级压缩机2-5；一级冷凝器2-6；一级泄放阀2-7；一级回收换热器2-8；一级冷媒溢流线2-9；
二级制冷换热器3-1；二级冷媒罐3-2；二级循环泵3-3；二级蒸发器3-4；二级压缩机3-5；二级冷凝器3-6；二级泄放阀3-7；二级冷媒溢流线3-8；二级溢流单向阀3-9；
三级制冷换热器4-1；三级冷媒罐4-2；三级循环泵4-3；三级蒸发器4-4；三级压缩机4-5；三级冷凝器4-6；三级泄放阀4-7；三级冷媒溢流单向阀4-8。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
根据本发明提供的一种实施例，如图1所示，一种低负荷下无故障连续运行的制冷方法，至少包括两级制冷***，高温原料1依次经过上一级制冷***2和下一级制冷***2，逐级降低高温原料1的温度，在实际操作的时候，各级制冷***均设置目标温度，以使各级制冷***的目标温度能够将经过各级制冷***的高温原料1降低至所需温度，从而使高温原料1的温度能够逐级降低，在每一级制冷***2都会降低至一个设定的温度，以使高温原料1经过最后一级制冷***2后能够达到所要的温度；
当下一级的制冷***的温度低于目标温度时，下一级制冷***2中的载冷剂携带冷量泄放至上一级制冷***2，上一级的载冷剂溢流至下一级的制冷***中，从而使下一级制冷***2中的载冷剂泄放至上一级制冷***2中进行循环，上一级制冷***2中的冷量溢流至下一级制冷***2中进行循环，以使各级制冷***中的载冷剂能够平衡；当下一级制冷***2的温度达到目标温度时，停止冷量泄放，且各级制冷***中的载冷剂均能够达到各自的目标温度，以使高温原料1经过各级制冷***后，高温原料1都会降低至各级预设的温度，使各级制冷***冷却后的高温原料1不会影响下一级的制冷，从而使最终输出的高温原料1能够达到所需的温度；
整个制冷***在给高温原料1制冷时，能够使制冷***在不停止制冷机组运转时，达到快速制冷的效果，同时还能够使制冷***稳定连续运转，在本实施例中，被冷却的高温原料1可以是液体或者气体，适用于制冷温度为30℃～-120℃，载冷剂可以为水、氯化钠溶液、氯化钙溶液等无机低凝固点溶液；或者甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、乙烯乙二醇、丙烯乙二醇、丙三醇、二氯甲烷、三氯甲烷等有机低凝固点的溶液，或者冰河冷媒等专用载冷剂，在本实施例中可以选用水、乙醇、乙二醇、丙三醇、冰河冷媒等无毒或低毒、低腐蚀性的溶液作为载冷剂，而在具体实施时，可以较佳的使用水、冰河冷媒等无毒或低毒、无腐蚀性的溶液作为载冷剂，而在本实施例中所选的载冷剂由1～3种冷媒组成，温度范围最低可达-100℃。
在本发明的另一实施例中，为了节能，避免冷量的浪费，在具体操作时，上一级制冷***2中的部分载冷剂携带冷量经由下一级制冷***2中的制冷机组，并给下一级制冷机组降温，在具体实施时，在上一级制冷***2中的部分冷量经过下一级制冷***2中的制冷机组，给下一级制冷机组降温后再流回上一级制冷***2中，同时通过外界冷却液流经最初一级制冷***2中的制冷机组，以给最初一级制冷***2中的制冷机组降温；当最初一级制冷***2中冷量过剩时，通过外界冷却液进行热交换将多余冷量输送至制冷***外，使得整个制冷***中的制冷机组能够不停的运转，同时过剩的冷量又不会浪费，达到节能的效果，在本实施例中，当冷量不足时，可以减少外界冷却液取走冷量，以使各级制冷***快速的达到各自的目标温度。
一种低负荷下无故障连续运行的制冷***，至少包括两次叠加的一级制冷***2和二级制冷***3，一级制冷***2包括由依次连通的一级冷媒罐2-2、一级循环泵2-3、一级制冷机组、一级制冷换热器2-1，在一级冷媒罐2-2中的载冷剂通过一级循环泵2-3循环，使得一级冷媒罐2-2中的载冷剂依次经过一级循环泵2-3、一级制冷机组和一级制冷换热器2-1，并最终流到一级冷媒罐2-2内，其中通过运转一级制冷机组，将经过一级制冷机组的载冷剂进行降温，以使得一级制冷***2能够给高温原料1降温。
同样的，二级制冷***3包括由依次连通的二级冷媒罐3-2、二级循环泵3-3、二级制冷机组、二级制冷换热器3-1，在二级冷媒罐3-2中的载冷剂通过二级循环泵3-3循环，使得二级冷媒罐3-2中的载冷剂依次经过二级循环泵3-3、二级制冷机组和二级制冷换热器3-1，并最终流到二级冷媒罐3-2内，其中通过运转二级制冷机组，将经过二级制冷机组的载冷剂进行降温，以使得二级制冷***3能够给高温原料1降温；
其中一级冷媒罐2-2与二级冷媒罐3-2单向连通，在具体实施时，一级冷媒罐2-2与二级冷媒罐3-2之间设置一级冷媒溢流线2-9，以使一级冷媒罐2-2中的载冷剂能够溢流至二级冷媒罐3-2中，且只能是一级冷媒罐2-2中的载冷剂单向流向二级冷媒罐3-2。
在二级制冷换热器3-1和二级制冷机组之间设置第一旁路管道，第一旁路管道与一级制冷***2连通，可使二级制冷***3中的冷量过剩时，载冷剂携带冷量泄放至一级制冷***2中进行循环，在具体实施时，第一旁路管道与一级冷媒罐2-2连通，且第一旁路管道连接在一级冷媒罐2-2的底部，以使二级制冷***3中的载冷剂携带冷量泄放至一级冷媒罐2-2中时，直接与一级冷媒罐2-2中底部的载冷剂混合，一级冷媒罐2-2上端较高温度的载冷剂就会溢流至二级冷媒罐3-2中，这样就能够使一级制冷***2和二级制冷***3均能够很快达到各自的目标温度，以使能够给经过各级制冷***的高温原料1降至所需的温度，需要说明的是，高温原料1在各级制冷***中所达到的所需温度不同，且逐级降低，这样才能使得高温原料1在逐级降温的时候，不会出现高温原料1的温度降得过低或者降温不够的问题，使高温原料1经过各级制冷***后都会达到相应的温度，在本实施例中，一级循环泵2-3和二级循环泵3-3可以为叶片泵、容积泵、回转泵等化工流程泵的一种，在具体实施可选用磁力泵、屏蔽泵等无泄漏流程泵中的一种。
在本发明的另一实施例中，为了节能，在一级制冷机组和一级制冷换热器2-1之间设置第二旁路管道，第二旁路管道、二级制冷机组和一级冷媒罐2-2罐顺次连通，以使一级制冷***2中降温后的载冷剂经过二级制冷机组时能给二级制冷机组降温，在具体实施时，第二旁路管道中承接部分一级制冷机组冷却后的载冷剂，使得载冷剂流经二级制冷机组，再流回一级冷媒罐2-2，这样不仅可以给二级制冷机组降温，同时还可以避免冷量的浪费。
在一级制冷***2中，还包括进水管道、出水管道和一级回收换热器2-8，一级回收换热器2-8设置在一级制冷机组和一级制冷换热器2-1之间，且一级制冷机组、一级回收换热器2-8和一级制冷换热器2-1顺次连通，进水管道、一级回收换热器2-8以及出水管道顺次连通，以使外界冷却液经由一级回收换热器2-8将过剩的冷量输送至制冷***外，在具体实施时，当一级制冷***2中的冷量过剩时，使得一级制冷***2中的冷量可以通过一级回收换热器2-8进行热交换，使得外界冷却液从进水管道流经一级回收换热器2-8，最终从出水管道流出，将一级制冷***2中少量过剩的冷量带出***外，而在本实施例中，可选用冷却水作为外界冷却液，冷却水为企业循环水、工业用水、消防水、污水处理池净化水、自来水等温度为5℃～45℃的各种干净用水，水的压力0.25MPaG～0.45MPaG。
在本发明的另一实施例中，还包括三级制冷***4，三级制冷***4包括由三级冷媒罐4-2、三级循环泵4-3、三级制冷机组、三级制冷换热器4-1顺次连通，且三级冷媒罐4-2与二级冷媒罐3-2单向连通，在三级制冷机组和三级制冷换热器4-1之间设置第三旁路管道，且第三旁路管道与二级冷媒罐3-2连通，以实现三级制冷***4中冷量能泄放至二级制冷***3中，二级制冷***3中设置第四旁路管道与三级制冷机组连通，以使二级制冷***3中的载冷剂经过三级制冷机组时，对三级制冷机组降温，同样的，在本实施例中，三级循环泵4-3可以为叶片泵、容积泵、回转泵等化工流程泵的一种，在具体实施可选用磁力泵、屏蔽泵等无泄漏流程泵中的一种；
高温原料1依次经过一级制冷***2中的一级制冷换热器2-1、二级制冷***3中的二级制冷换热器3-1、三级制冷***4中的三级制冷换热器4-1，实现对高温原料1逐级冷却，温度依次降低，最终达到所需温度，得到最终冷却后原料5，一级制冷***2可将原料冷却到25℃～1℃；二级制冷***3可将原料冷却到1℃～-35℃；三级制冷***4可将原料冷却到-30℃～-100℃。
在本实施例中，嵌套式制冷***中，至少有一种温位的液体载冷剂，此载冷剂用于其它压缩机排出的制冷剂的冷凝。一级制冷***2中的压缩机做功，利用循环水，如32℃，做为一级制冷机组的冷却介质，经过一级制冷机组制冷后，对一级制冷***2中的载冷剂制冷，一级制冷***2中的部分载冷剂作为二级制冷***3中压缩机的冷却介质，通过二级制冷***3中的压缩机做功，对二级制冷***3中的载冷剂进行降温，二级制冷***3中的部分载冷剂作为三级制冷***4中压缩机的冷却介质，通过三级制冷***4中的压缩机做功，对三级制冷***4中的载冷剂降温，其中一级制冷***2、二级制冷***3以及三级制冷***4中的三种载冷剂的温位依次降低。
当冷量过剩时，冷量从三级制冷***4、二级制冷***3、一级制冷***2到最终的外界循环水逐级释放，三级制冷机组中压缩机负荷过剩时三级制冷***4中的载冷剂冷量向二级制冷***3中的载冷剂释放，二级制冷***3中的载冷剂冷量过剩时，向一级制冷***2中的载冷剂释放，一级制冷***2中的载冷剂冷量过剩时，向循外界冷却液释放，即向循环水释放，从而完整实现每一级冷量得以及时释放，使机组不会进入待机状态。
具体实施时，三个制冷***中的三种温位载冷剂可以是同一种，采用物料直接混合方式，如从三级制冷***4向二级制冷***3开阀门送料，送出的是低温载冷剂，二级制冷***3的二级冷媒罐3-2液位与三级制冷***4中的载冷剂形成液位差，致使温度较高的二级制冷***3中的载冷剂流向三级制冷***4，从而实现冷量交换。
在本实施例中以甲醇为被冷却的高温原料1，冷却时设计甲醇流量40m3/h，温度70℃，采用制冷***将其冷却到-70℃，进入下一道工序使用。一级制冷***2冷却到10℃，二级制冷***3冷却到-25℃，三级制冷***4冷却到-70℃。***的冷却水采用化工企业的32℃循环水。冷媒采用专用改性一元醇低温冷媒。投运后，由于上游甲醇来料流量不稳，甲醇流量3～20m3/h，本发明的制冷机组实现不停机连续运转6个月，没有出现压缩机回油不畅问题。
而采用传统的三级制冷机组***，二级、三级为复叠机组，制冷剂与甲醇直接换热，设计方式与上述类似的设计方式，设计的甲醇流量为40m3/h，温度为70℃，采用制冷***将其冷却到-70℃，进入下一道工序使用。一级制冷***2冷却到10℃，二级制冷***3冷却到-25℃，三级制冷***4冷却到-70℃。***的冷却水采用化工企业的32℃循环水。
投运初期，实际甲醇流量5～15m3/h，负荷低于设计值的50％，由于制冷机组***的冷量调节能力只有50～100％，过剩较大，导致甲醇温度过低，制冷机组***的制冷剂蒸发压力迅速降低，导致故障停机，频繁的启动、停机又导致压缩机润滑油缺乏，最终压缩机发生“抱轴”，不得不更换新压缩机。
同样的以炼油企业采用冷凝法对汽油装车油气组分进行回收为例，设计气体流量500Nm3/h，温度30℃，采用本实施例所述的制冷***将其冷却到-75℃。一级制冷***2冷却到5℃，二级制冷***3冷却到-30℃，三级制冷***4冷却到-80℃。***的冷却水采用化工企业的32℃循环水。冷媒采用专用改性一元醇低温冷媒。
投运后，实际废气流量50～500Nm3/h，本发明的制冷机组通过冷量泄放调节，在装置不停机的前提下通过逐级释放冷量，实现不停机无故障连续运转1年。通过对设备标定，设备能效比为1.5～2.0，比传统制冷机组待机或停机状态节能60％以上。
而采用传统的三级制冷机组***，二级、三级为复叠机组，通过制冷剂与废气直接换冷，设计气体流量500Nm3/h，温度30℃，采用制冷机组将其到-75℃。制冷机组***采用。一级制冷***2冷却到5℃，二级制冷***3冷却到-30℃，三级制冷***4冷却到-80℃。***的冷却水采用化工企业的32℃循环水。
投运后，实际废气流量80～500m3/h，当所需冷却负荷低于制冷机组设计负荷的50％时，设备经常由于过冷导致一级制冷换热器2-1操作温度达到0℃以下，出现结冰现象严重影响机组正常运行。机组能效比为0.4～0.7。
需要说明的是，在本实施例中所提到的冷媒即为载冷剂。
在本发明的另一实施例中，一级制冷机组、二级制冷机组和三级制冷机组均由压缩机、蒸发器、冷凝器通过循环管道顺次连通，以使一级制冷机组、二级制冷机组和三级制冷机组分别给相对应的各级制冷***中的载冷剂降温，在具体实施时，一级制冷机组由一级压缩机2-5、一级蒸发器2-4、一级冷凝器2-6顺次连通，二级制冷机组由二级压缩机3-5、二级蒸发器3-4、二级冷凝器3-6顺次连通，三级制冷机组由三级压缩机4-5、三级蒸发器4-4、三级冷凝器4-6顺次连通，通过各级压缩机运转，使得各级制冷机组中的制冷剂被降温，从而通过热交换使得各级制冷***中的载冷剂温度降低，在本实施例中，各级制冷机组中的压缩机为螺杆式压缩机、活塞式压缩机、涡旋式压缩机、离心式压缩机等容积式压缩机中的一种，在具体实施时可选用螺杆式压缩机、活塞式压缩机，电机结合型式优选半封闭、全封闭式压缩机，而本实施例中，冷凝器、蒸发器为管壳式换热器、板式换热器、管板换热器等类型中的一种，具体实施时可选用管壳式换热器、板式换热器，而选用板式换热器较佳；
一级冷媒罐2-2和二级冷媒罐3-2之间的一级冷媒溢流线2-9以及二级冷媒罐3-2和三级冷媒罐4-2之间二级冷媒溢流线3-8上均通过单向阀连通，以使一级冷媒罐2-2中的载冷剂溢流至二级冷媒罐3-2，二级冷媒罐3-2溢流至三级冷媒罐4-2，在具体实施时，在一级冷媒溢流线2-9上设置二级溢流单向阀3-9，二级冷媒溢流线3-8上设置三级冷媒溢流单向阀4-8；
第一旁路管道连通有二级泄放阀3-7，第三旁路管道上连通有三级泄放阀4-7，以及进水管道上连通有一级泄放阀2-7，以使冷量过剩时，能够逐级泄放，最终将过多的冷量通过出水管道泄放至***外，同样的，在冷量不足时，关闭一级泄放阀2-7，减少冷量的流出，以使得***能够快速的达到目标温度，在本实施例中各级的单向阀和各级的泄放阀可以为单座阀、笼式阀或者套筒阀。
需要说明的是上述实施例中的冷凝器、蒸发器、一级制冷换热器2-1、一级回收换热器2-8、二级制冷换热器3-1、三级制冷换热器4-1可以为管壳式换热器、板式换热器、管板换热器中的一种，具体实施时可选用管壳式换热器、板式换热器中的一种，而使用板式换热器效果最佳。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷方法，至少包括两级制冷***，高温原料依次经过上一级制冷***和下一级制冷***，逐级降低所述高温原料的温度，其特征在于：
所述高温原料依次与上一级制冷***和下一级制冷系中的载冷剂换热，下一级制冷***的目标温度比上一级制冷***的目标温度低；
当下一级的制冷***的温度低于其目标温度时，所述下一级制冷***中的载冷剂携带冷量泄放至上一级制冷***的载冷循环管路中，上一级的载冷剂溢流至下一级的制冷***的载冷循环管路中；
当下一级制冷***的温度达到其目标温度时，停止载冷剂的泄放；
通过外界冷却液流经最初一级制冷***中的制冷机组，以给最初一级制冷***中的制冷机组降温，所述最初一级制冷***中冷量过剩时，通过外界冷却液进行热交换将多余冷量输送至制冷***外；且各级制冷***中的载冷剂均能够达到各自的目标温度，以使高温原料经过各级制冷***时，所述高温原料的温度降至各级制冷***所要求的温度。
2.根据权利要求1所述的一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷方法，其特征在于：所述上一级制冷***中的部分载冷剂携带冷量与所述下一级制冷***中的制冷机组中的制冷剂进行换热，并给所述下一级制冷机组降温。
3.根据权利要求1所述的一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷方法，其特征在于：所述载冷剂的温度适用范围为30℃～-120℃，且所述载冷剂的种类为无机低凝固点溶液中的1-3种，或者有机低凝固点溶液中的1-3种，或者专用载冷剂中的1-3种。
4.根据权利要求3所述的一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷方法，其特征在于：所用载冷剂为无毒或低毒、低腐蚀性的溶液作为载冷剂。
5.一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷***，至少包括叠加的一级制冷***和二级制冷***，其特征在于：
所述一级制冷***包括由依次连通的一级冷媒罐、一级循环泵、一级制冷机组、一级制冷换热器；
所述二级制冷***包括由依次连通的二级冷媒罐、二级循环泵、二级制冷机组、二级制冷换热器；
其中所述一级冷媒罐与所述二级冷媒罐单向连通，以使所述二级冷媒罐中的载冷剂能够溢流至所述二级冷媒罐中；
在所述二级制冷换热器和所述二级制冷机组之间设置第一旁路管道，所述第一旁路管道与所述一级制冷***的载冷剂循环管路连通，可使所述二级制冷***中冷量过剩时，所述载冷剂携带冷量泄放至所述一级制冷***的载冷剂循环管路中进行循环；
下一级制冷***的目标温度比上一级制冷***的目标温度低；
高温原料依次经过上一级制冷***和二级制冷***，并与一级制冷换热器和二级制冷换热器中的载冷剂进行换热，当二级制冷***的温度达到其目标温度时，停止载冷剂的泄放，且各级制冷***中的载冷剂均能够达到各自的目标温度，以使高温原料经过各级制冷***时，所述高温原料的温度降至各级制冷***所要求的温度；
在所述一级制冷***中，还包括进水管道、出水管道和一级回收换热器，所述一级回收换热器设置在所述一级制冷机组和所述一级制冷换热器之间，且所述一级制冷机组、一级回收换热器和一级制冷换热器顺次连通，所述进水管道、一级回收换热器以及出水管道顺次连通，以使外界冷却液流经一级回收换热器将过剩的冷量输送至制冷***外。
6.根据权利要求5所述的一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷***，其特征在于：在所述一级制冷机组和所述一级制冷换热器之间设置第二旁路管道，所述第二旁路管道、二级制冷机组和一级冷媒罐顺次连通，以使所述一级制冷***中降温后的所述载冷剂与所述二级制冷机组中的制冷剂进行换热时能给所述二级制冷机组降温。
7.根据权利要求5所述的一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷***，其特征在于：还包括三级制冷***，所述三级制冷***包括由三级冷媒罐、三级循环泵、三级制冷机组、三级制冷换热器顺次连通，且二级冷媒罐与三级冷媒罐单向连通，在所述三级制冷机组和三级制冷换热器之间设置第三旁路管道与二级冷媒罐连通，以使所述三级制冷***中冷量能泄放至所述二级制冷***中，所述二级制冷***中设置第四旁路管道与三级制冷机组连通，以使二级制冷***中的载冷剂与所述三级制冷机组中的制冷剂进行换热时，对所述三级制冷机组降温。
8.根据权利要求7所述的一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷***，其特征在于：所述一级制冷机组、二级制冷机组和三级制冷机组均由压缩机、蒸发器、冷凝器通过循环管道顺次连通，以使各级制冷***中的载冷剂经过对应的各级制冷机组中的蒸发器进行降温。
9.根据权利要求8所述的一种低负荷下无故障连续运行的嵌套式制冷***，其特征在于：所述一级冷媒罐和所述二级冷媒罐之间，以及所述二级冷媒罐和所述三级冷媒罐之间均通过单向阀连通，以使所述一级冷媒罐中的所述载冷剂溢流至所述二级冷媒罐，所述二级冷媒罐溢流至所述三级冷媒罐；
所述第一旁路管道、第三旁路管道以及进水管道上均连通有泄放阀，以使冷量过剩时能够泄放冷量。
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