CN107560208B - 一种氟利昂制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氟利昂制冷系统，包括第一制冷子系统和第二制冷子系统，每套制冷子系统均包括依次连接的气液分离器、两套压缩机组、冷凝器、储液器、中冷器、经济器和外部换热器，且气液分离器的输入端还与外部换热器的输出端连接，其中，所述第一制冷子系统的气液分离器的输入管线与所述第二制冷子系统的气液分离器的输入管线通过第一连通管线连通，所述第一制冷子系统的经济器的输出管线与第二制冷子系统的经济器的输出管线通过第二连通管线连通。本发明所述氟利昂制冷系统能够再分配和优化氟利昂冷冻负荷。

Description

一种氟利昂制冷系统

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种氟利昂制冷系统。

背景技术

在多晶硅生产过程中，尾气回收系统普遍采用氟利昂制冷系统进行换热处理。氟利昂制冷系统是一种比较成熟的工艺系统，其主要包括气液分离器、两套压缩机组、冷凝器、储液器、中冷器、经济器和外部换热器，以及相关管线等。具体工作原理为，经气液分离器分离出的气相氟利昂通过两套压缩机组压缩升压后，再经过冷凝器降温形成液相氟利昂，然后液相氟利昂经过储液器暂存，以及经过中冷器和经济器降温后，通过外部换热器对外部工艺系统(如尾气回收系统)进行换热处理，以满足外部工艺系统所需的冷量。

多晶硅生产系统中的尾气回收系统包括还原尾气回收系统和氢化尾气回收系统，二者是两套独立的尾气回收系统，其中每套尾气回收系统均需搭配一套氟利昂制冷系统，且分别与二者配套的两套氟利昂制冷系统也为独立的氟利昂制冷系统(如图1所示，上面一套独立的氟利昂制冷系统对应还原尾气回收系统，下面一套独立的氟利昂制冷系统对应氢化尾气回收系统，反之亦可)。

发明人发现，当分别与还原尾气回收系统和氢化尾气回收系统配套使用的两套独立的氟利昂制冷系统之一出现设备故障而没有备用设备时，其对应的尾气回收系统(还原尾气回收系统或氢化尾气回收系统)就必须降负荷运行才能保证回收氢气的质量，而另一套能够正常运行的氟利昂制冷系统对应的尾气回收系统即使有富余的氟利昂冷冻负荷也不能分给出现故障的那一套氟利昂制冷系统对应的尾气回收系统使用，造成了冷冻负荷的浪费，并给整个生产系统带来了较大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种能够再分配和优化氟利昂冷冻负荷的氟利昂制冷系统。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种氟利昂制冷系统，包括第一制冷子系统和第二制冷子系统，每套制冷子系统均包括依次连接的气液分离器、两套压缩机组、冷凝器、储液器、中冷器、经济器和外部换热器，且气液分离器的输入端还与外部换热器的输出端连接，其中，所述第一制冷子系统的气液分离器的输入管线与所述第二制冷子系统的气液分离器的输入管线通过第一连通管线连通，所述第一制冷子系统的经济器的输出管线与第二制冷子系统的经济器的输出管线通过第二连通管线连通。

可选地，所述第一连通管线采用倒U形管线。

可选地，所述第一制冷子系统的两套压缩机组的输出总管线和第二制冷子系统的两套压缩机组的输出总管线通过第三连通管线连通。

可选地，所述第一制冷子系统的冷凝器的输出管线和第二制冷子系统的冷凝器的输出管线通过第四连通管线连通。

可选地，所述第一制冷子系统的储液器的输出管线与第二制冷子系统的储液器的输出管线通过第五连通管线连通。

可选地，所述第一制冷子系统的外部换热器用于为还原尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷，第二制冷子系统的外部换热器用于为氢化尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

或者，所述第一制冷子系统的外部换热器和第二制冷子系统的外部换热器分别用于为两套还原尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

或者，所述第一制冷子系统的外部换热器和第二制冷子系统的外部换热器分别用于为两套氢化尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

有益效果：

本发明所述氟利昂制冷系统通过在其中的两套制冷子系统之间设置连通管线，实现了氟利昂冷冻负荷的再分配和优化，从而有效利用每套制冷子系统的氟利昂冷冻负荷，节约能量消耗。

附图说明

图1为现有技术中分别与还原尾气回收系统和氢化尾气回收系统配套使用的两套独立的氟利昂制冷系统的示意图；

图2为本发明实施例1中与还原尾气回收系统和氢化尾气回收系统配套使用的氟利昂制冷系统的示意图。

图中：100－第一制冷子系统；200－第二制冷子系统；V11、V21－气液分离器；H11、H21－电加热设备；C11、C21、C12、C22－压缩机组；E11、E21－冷凝器；V12、V22－储液器；E12、E22－中冷器；E13、E23－经济器；E14、E24－外部换热器；1－第一连通管线；2－第二连通管线；3－第三连通管线；4－第四连通管线；5－第五连通管线。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种用于多晶硅生产的氟利昂制冷系统，如图2所示，所述氟利昂制冷系统包括第一制冷子系统100和第二制冷子系统200。

第一制冷子系统100用于为还原尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷，具体包括气液分离器V11、电加热设备H11、两套压缩机组C11和C12、冷凝器E11、储液器V12、中冷器E12、经济器E13，以及外部换热器E14。其中，电加热设备H11是可选设备。

气液分离器V11的气相输出端与两套压缩机组C11和C12的输入端连接，电加热设备H11的输入端与气液分离器V11的液相输出端连接，电加热设备H11的输出端也与两套压缩机组C11和C12的输入端连接，两套压缩机组C11和C12的输出端均与冷凝器E11的输入端连接，冷凝器E11的输出端与储液器V12的输入端连接，储液器V12的输出端与中冷器E12的输入端连接，中冷器E12的输出端与经济器E13的输入端连接，经济器E13的输出端与外部换热器E14的输入端连接，外部换热器E14的输出端与气液分离器V11的输入端连接，以实现气液分离器V11(电加热设备H11)、两套压缩机组C11和C12、冷凝器E11、储液器V12、中冷器E12、经济器E13和外部换热器E14的依次连接。上述设备之间通过法兰和管线连接。需要说明的是，对于上述任一设备而言，与其输入端相连的管线即为该设备的输入管线，与其输出端相连的管线即为该设备的输出管线，当然，如果A设备的输出端与B设备的输入端连接，则A设备的输出管线同时为B设备的输入管线。

在第一制冷子系统100中，外部换热器E14用于将经济器E13输入其内的液相氟利昂的冷冻负荷提供给还原尾气回收系统，以对还原尾气回收系统中的尾气进行换热处理，在换热的过程中，液相氟利昂会吸热气化成为气相氟利昂。然而，在实际应用中，往往存在气相氟利昂中夹带液相氟利昂的情况，为了避免液相氟利昂进入后面的压缩机组，故需要设置气液分离器V11。

气液分离器V11用于对外部换热器E14输出的夹带有液相氟利昂的气相氟利昂进行气液分离处理，然后将分离出的气相氟利昂输出至两套压缩机组C11和C12，以及将分离出的液相氟利昂输出至电加热设备H11。

电加热设备H11用于对气液分离器V11分离出的液相氟利昂进行加热处理，以使得液相氟利昂吸热气化成气相氟利昂，并输出至两套压缩机组C11和C12，以免造成氟利昂的浪费。

压缩机组C11和压缩机组C12的结构、功能相同且并联连接，二者均包括两台串联的压缩机，分别为低压级压缩机和高压级压缩机，其中低压级压缩机的输入端与气液分离器V11的气相输出端和电加热设备的输出端连接，低压级压缩机的输出端与高压级压缩机的输入端连接，高压级压缩机的输出端与冷凝器E11的输入端连接。

而且，低压级压缩机用于对气液分离器V11和电加热设备H11输入其内的气相氟利昂进行压缩升压，并将升压后的气相氟利昂输出至高压级压缩机，经低压级压缩机压缩后的气相氟利昂的压力范围为0.2-0.5MPa；高压级压缩机用于对低压级压缩机输入其内的气相氟利昂进行进一步压缩升压，并将进一步升压后的气相氟利昂输出至冷凝器E11，经高压级压缩机压缩后的气相氟利昂的压力范围为1.2-1.6MPa。

本实施例中，采用两套压缩机组C11和C12对气相氟利昂进行压缩升压的好处在于：一方面可以平分工作负荷，另一方面可以互为备份，换言之，假使一套压缩机组出现故障，系统仍可以满负荷或减负荷运行。

冷凝器E11用于通过冷媒对经过两套压缩机组C11和C12升压后的气相氟利昂进行冷凝处理，从而将升压后的气相氟利昂冷凝为液相氟利昂，然后将冷凝的液相氟利昂输出至储液器V12。气相氟利昂经过两套压缩机组C11和C12的压缩升压处理后再输出至冷凝器E11，可以降低氟利昂的冷凝点，从而极大地降低冷凝器E11的能耗。

储液器V12用于暂时存储输入其内的液相氟利昂，并将其内存储的液相氟利昂输出至中冷器E12。

本实施例中，由于冷凝器E11输出的液相氟利昂中可能会夹带气相氟利昂，故在冷凝器E11与中冷器E12之间设置储液器V12，以保证输入至中冷器E12的只有液相氟利昂，而没有气相氟利昂。

中冷器E12和经济器E13用于依次对储液器V12输出的液相氟利昂进行冷却处理，然后将二者冷却后的液相氟利昂输出至外部换热器E14。

第二制冷子系统200用于为氢化尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷，具体包括气液分离器V21、电加热设备H21、两套压缩机组C21和C22、冷凝器E21、储液器V22、中冷器E22、经济器E23，以及外部换热器E24。其中，电加热设备H21为可选设备。第二制冷子系统200中各设备的连接关系、功能分别与第一制冷子系统100中各设备的连接关系(参见图2)、功能类似，不再赘述。

如图2所示，第一制冷子系统100的气液分离器V11的输入管线与第二制冷子系统200的气液分离器V21的输入管线通过第一连通管线1连通，从而通过第一连通管线1将两台气液分离器V11和V21的输入端连通，以均匀分配输入至两台气液分离器V11和V21的气相氟利昂，利于两制冷子系统的平稳运行；第一制冷子系统100的经济器E13的输出管线与第二制冷子系统200的经济器E23的输出管线通过第二连通管线2连通，从而通过第二连通管线2将两台经济器E13和E23的输出端连通，以均匀分配输出至两台外部换热器E14和E24的氟利昂冷冻负荷，既利于两制冷子系统的平稳运行，又利于保证二者分别对应的两尾气回收系统的氢气回收质量。

优选地，第一连通管线1采用倒U形管线。通过在气液分离器V11的输入管线和气液分离器V21的输入管线之间设置倒U形管线的方式将二者的输入端连通，在外部换热器E14和E24运行效果不佳而导致其输出的气相氟利昂中夹带液相氟利昂(即气相氟利昂中夹液)时，可以有效避免夹带的液相氟利昂占据第一连通管线1的通量，并能使外部换热器E14和E24输出的气相氟利昂均匀分配至两台气液分离器V11和V21，以免分配至两套制冷子系统的吸气压力不一而导致停机。

第一制冷子系统100的两套压缩机组C11和C12的输出总管线和第二制冷子系统200的两套压缩机组C21和C22的输出总管线通过第三连通管线3连通，从而通过第三连通管线3将这四套压缩机组的排气端连通，以消除这四套压缩机组运行时的排气压力差，避免因排气压力差而影响冷凝器E11和E21的冷凝效果。

第一制冷子系统100的冷凝器E11的输出管线和第二制冷子系统200的冷凝器E21的输出管线通过第四连通管线4连通，从而通过第四连通管线4将两台冷凝器E11和E21的输出端连通，以免两套制冷子系统的供液不平衡。

第一制冷子系统100的储液器V12的输出管线与第二制冷子系统200的储液器V22的输出管线通过第五连通管线5连通，从而通过第五连通管线将两台储液器V12和V22的输出端连通，以免两套制冷子系统的供液不平衡。

本实施例中，通过第四连通管线4可以使两台冷凝器E11和E21输出的液相氟利昂只进入储液器V12或V22，即仅使用储液器V12或仅使用储液器V22，然后通过第五连通管线5可以将已使用的储液器输出的液相氟利昂均匀分配至两台中冷器E12和E22，并将未使用的储液器的进、出口阀门关闭，从而避免同时使用两台储液器时可能导致储液器中的液位出现偏差的情况发生。

下面结合图2详细描述本实施例所述氟利昂制冷系统的工作原理：

由外部换热器E14和E24输出的温度为-50～-30℃的夹带有液相氟利昂的气相氟利昂，通过气液分离器V11的输入管线、气液分离器V21的输入管线以及连接在二者之间的第一连通管线1，平均分配至两台气液分离器V11和V21，经二者气液分离处理后，气液分离器V11输出的温度为-50～-30℃的气相氟利昂直接输出至压缩机组C11和C12，气液分离器V11输出的温度为-50～-30℃的液相氟利昂经过电加热设备H11加热气化成气相氟利昂后，也输出至压缩机组C11和C12，气液分离器V21输出的温度为-50～-30℃的气相氟利昂直接输出至压缩机组C21和C22，气液分离器V21输出的温度为-50～-30℃的液相氟利昂经过电加热设备H21加热气化成气相氟利昂后，也输出至压缩机组C21和C22；

由气液分离器V11和电加热设备H11输出的温度为-50～-30℃的气相氟利昂经过压缩机组C11和C12压缩升压后，得到温度为40～90℃、压力为1.2～1.6MPa的气相氟利昂，由气液分离器V21和电加热设备H21输出的温度为-50～-30℃的气相氟利昂经过压缩机组C21和C22压缩升压后，得到温度为40～90℃、压力为1.2～1.6MPa的气相氟利昂，这些气相氟利昂通过冷凝器E11的输入管线、冷凝器E12的输入管线以及连接在二者之间的第三连通管线3，平均分配至两台冷凝器E11和E21，经二者的冷凝处理后，分别得到温度为20～40℃的液相氟利昂；

温度为20～40℃的液相氟利昂通过储液器V12的输入管线、储液器V22的输入管线以及连接在二者之间的第四连通管线4流入储液器V12或V22中，并在储液器V12或V22中暂存；

存储在储液器V12或V22中的温度为20～40℃的液相氟利昂在压力作用下通过中冷器E12的输入管线、中冷器E22的输入管线以及连接在二者之间的第五连通管线5，平均分配至两台中冷器E12和E22，经中冷器E12和经济器E13的冷却处理，以及经中冷器E22和经济器E23的冷却处理，分别得到温度为-30～-10℃的液相氟利昂；

温度为-30～-10℃的液相氟利昂通过外部换热器E14的输入管线、外部换热器E24的输入管线以及连接在二者之间的第二连通管线2，平均分配至两台外部换热器E14和E24，经过两台外部换热器E14和E24分别对还原尾气回收系统和氢化尾气回收系统中的尾气进行换热处理后，分别输出温度为-50～-30℃的夹带有液相氟利昂的气相氟利昂至两台气液分离器V11和V21中，如此循环往复。

此外，第三连通管线3、第四连通管线4和第五连通管线5为可选管线，本领域技术人员可根据实际需求进行选取，此处不再赘述。

本实施例所述氟利昂制冷系统通过在其中的两套制冷子系统100和200之间设置上述五条连通管线，实现了氟利昂冷冻负荷的再分配和优化，从而有效利用每套制冷子系统的氟利昂冷冻负荷，节约能量消耗。即使两套制冷子系统中的任一套制冷子系统出现设备故障，其对应的尾气回收系统都可以利用另一套正常运行的制冷子系统的富余氟利昂冷冻负荷，从而提高氟利昂冷冻负荷的利用率，保障尾气回收系统的生产稳定性。同时，如果两套制冷子系统都能正常运行，且二者的氟利昂冷冻负荷都很充裕的情况下，可以暂停其中一套制冷子系统，以降低生产能耗。

实施例2：

本实施例所述氟利昂制冷系统与实施例1的区别在于：本实施例所述氟利昂制冷系统中的第一制冷子系统的外部换热器和第二制冷子系统的外部换热器分别用于为两套还原尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

本实施例所述系统与实施例1所述系统中的相关特征可以相互参考，此处不再赘述。

实施例3：

本实施例所述氟利昂制冷系统与实施例1的区别在于：本实施例所述氟利昂制冷系统中的第一制冷子系统的外部换热器和第二制冷子系统的外部换热器分别用于为两套氢化尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

本实施例所述系统与实施例1所述系统中的相关特征可以相互参考，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种氟利昂制冷系统，包括第一制冷子系统和第二制冷子系统，每套制冷子系统均包括依次连接的气液分离器、两套压缩机组、冷凝器、储液器、中冷器、经济器和外部换热器，且气液分离器的输入端还与外部换热器的输出端连接，其特征在于，每套制冷子系统还包括：电加热设备；所述电加热设备的输入端与气液分离器的液相输出端连接，所述电加热设备的输出端与两套压缩机组的输入端连接；所述第一制冷子系统的气液分离器的输入管线与所述第二制冷子系统的气液分离器的输入管线通过第一连通管线连通，所述第一制冷子系统的经济器的输出管线与第二制冷子系统的经济器的输出管线通过第二连通管线连通。

2.根据权利要求1所述的氟利昂制冷系统，其特征在于，所述第一连通管线采用倒U形管线。

3.根据权利要求1所述的氟利昂制冷系统，其特征在于，所述第一制冷子系统的两套压缩机组的输出总管线和第二制冷子系统的两套压缩机组的输出总管线通过第三连通管线连通。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的氟利昂制冷系统，其特征在于，所述第一制冷子系统的冷凝器的输出管线和第二制冷子系统的冷凝器的输出管线通过第四连通管线连通。

5.根据权利要求4所述的氟利昂制冷系统，其特征在于，所述第一制冷子系统的储液器的输出管线与第二制冷子系统的储液器的输出管线通过第五连通管线连通。

6.根据权利要求1所述的氟利昂制冷系统，其特征在于，所述第一制冷子系统的外部换热器用于为还原尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷，第二制冷子系统的外部换热器用于为氢化尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

7.根据权利要求1所述的氟利昂制冷系统，其特征在于，所述第一制冷子系统的外部换热器和第二制冷子系统的外部换热器分别用于为两套还原尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

8.根据权利要求1所述的氟利昂制冷系统，其特征在于，所述第一制冷子系统的外部换热器和第二制冷子系统的外部换热器分别用于为两套氢化尾气回收系统提供氟利昂冷冻负荷。

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