強制循環

強制循環指的是採暖管道（供水管與回水管）中的水通過熱交換器附近水泵的作用，進行強制抽取，達到建築中採暖管道內的水循環。暖氣就是通過熱水的循環、散熱，達到取暖的目的。

基本介紹

• 中文名：強制循環
• 外文名：Forced circulation
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 釋義：水通過熱交換器附近水泵強制抽取
• 套用：供水管與回水管

強制循環蒸發系統工藝簡介

強制循環蒸發系統可以處理粘度大、易結垢或易結晶的溶液，由於其傳熱效果好，蒸發效率高，是氧化鋁生產工藝中蒸發工序的重要組成部分，強制循環蒸發系統的主要任務是蒸發掉溶液中多餘的水分，使蒸發出的產品密度達到工業規定的要求，並且保持液位不出現大的波動，從而起到穩定生產的作用。

強制循環蒸發系統由分離室、加熱室、循環泵、出料閥和進汽閥組成。進料液通過循環泵打入加熱室和加熱蒸汽進行熱交換，加熱後的溶液通過加熱管出口進入分離室。分離室出口為蒸發掉的二次燕汽，被蒸發的溶液部分經過出料管排出，部分經過循環管和進料液匯合進行再次蒸發。

強制循環控制目標

在蒸發過程中，循環母液中的碳酸鈉、硫酸鈉等雜質的不斷積累，它不僅會堵塞管道，降低設備運轉率，而且會在流程中循環增加能耗，所以除雜尤為重要。由於雜質的溶解度隨鹼液濃度的提高而降低，鹼液達到較高濃度時，碳酸鈉、硫酸鈉等雜質才能結晶析出。而且鹼液調配時低濃度的原液與較高濃度的蒸發母液才能配製成合格的循環母液。因此蒸發母液中氫氧化鈉濃度的提高對於增加單位體積的配礦量，提高鹼液循環效率以及除去雜質有著重要的意義。但是，由於氫氧化鈉具有強腐蝕性，濃度過高會損壞熱交換表面，影響蒸發過程的順利進行，同時，把原液蒸發到過高濃度也不利於節約加熱蒸汽。由於強制循環燕發器出料中的苛性鹼濃度高達280g/L-290g/L，受濃度檢測儀表量程的限制，因此，需要通過控制出料密度快速跟蹤規定的設定值，從而間接地控制鹼液濃度達到工藝指標範圍內是強制循環蒸發系統的主要控制目標。

另一方面，在工藝上通常要求強制循環燕發系統的液位保持在低於加熱管出口而高於循環管入口處。因為此時鹼液出口流速最大，動能最高，循環泵提供的能量最大；電流最高，從而保證蒸發效率達到最佳。液位過高，液柱靜壓增加，不僅影響蒸發效率，而且易造成跑鹼事故。液位過低，溶液沸騰猛烈，又易造成霧珠夾帶嚴重.所以蒸發器液面的正確位置和相對穩定是蒸發操作的另一個控制目標。

強制循環系統的動態模型

為了選擇合理的控制方案，使系統具有更好的控制性能需要建立系統的動態數學模型。首先，對系統作如下假設和簡化：

1.系統是絕熱的，沒有熱量損失；

2.溶液的比熱容在工作點附近近似為常數，且溶液的溫度分布均勻；

3.蒸汽的汽化潛熱在工作點附近近似為常數。

任何一個控制輸入量改變將會對所有輸出變數產生影響，因此強制循環蒸發系統是一個多變數強藕合的複雜非線性系統。一般採用兩個簡單的單迴路，常規PID控制策略來控制強制循環蒸發系統。但是，由於在實際的生產過程中，系統受到干擾因素較多，如進料液的流量、密度和溫度的波動，進料溶液的比熱容也會隨著進料液的性質不同而改變，加熱蒸汽的壓力，以及在蒸發過程中析出的鹽類在加熱管內壁形成結疤，使蒸發器的傳熱係數急劇下降、環境的變化等。在這些擾動作用下，僅僅採用常規PID控制往往難以在跟蹤性、魯棒性及抗干擾性方面達到滿意的控制效果，從而導致強制循環蒸發系統無法維持在最佳操作狀態。另外，由於系統具有多變數、強藕合、非線性等複雜特性，所以強制循環蒸發系統的非線性解藕控制策略的研究是必要的。

起伏對強制循環和自然循環的影響

所研究的強制循環和自然循環是針對核船壓水堆（PWR）一迴路系統的。根據現有的理論和實驗研究，在海洋條件引起的船舶諸種運動狀態（如傾斜、起伏和搖擺）中，起伏對一迴路的各種熱工水力特性的影響是最嚴重的。尤其當起伏加速度較大的時候，反應堆中流動不穩定、空泡波動等現象更加明顯。

從理論上分析了核動力艦船僅作豎直運動時冷卻劑的受力情況，簡化了核船作豎直運動的自然循環能力的數學模型，計算分析了核船起伏時，一迴路冷卻劑流量變化和反應堆輸出功率變化的情況，並用熱工準則評價了安全性。

1.設計工況下，利用主泵強制循環時，起伏對冷卻劑流量的影響很小，基本不影響反應堆的輸出功率。三條熱工設計準則全都能夠滿足。這是因為驅動壓頭與主泵提供的揚程比起來太小了，強制循環冷卻劑流動主要靠主泵驅動，驅動壓頭的變化微不足道。由於起伏是海洋條件諸情況中對核動力裝置熱工水力特性影響最大的，因此可以推斷出任何海洋條

件對一迴路強制循環沒有明顯影響，核動力裝置能夠在海洋條件下靠強制循環安全運行。

2.船起伏時，自然循環流量波動和反應堆輸出功率的波動比強制循環時要大得多。起伏加速度越大，流量波動幅度越大。這是因為自然循環流動是靠驅動壓頭驅動的，起伏加速度使得驅動壓頭髮生了較大的變化。船起伏運動上升（下降）到最高（最低）點之後短時間內，也就是船有最大的向下（向上）加速度之後短時間內，自然循環流量達最小（最大）值。

3.自然循環情況下，船按簡諧規律起伏時，冷卻劑流量、反應堆輸出功率也明顯地按簡諧規律變化，具有與起伏相同的周期。起伏運動不停止，冷卻劑流量波動就不停止。基本可以推斷：起伏時，流量波動跟隨起伏規律，具有與起伏規律相似的波動規律。

4.船按簡諧規律起伏時，起伏加速度和起伏周期對自然循環能力的影響。在本計算範圍內，相同周期時，最大起伏加速度越大，流量波動幅度越大。有相同的最大起伏加速度時，流量波動幅值基本相同，與周期關係不太大。但若周期很短，流量波動就很小了。由此可知，高頻振動對自然循環無影響，這與日本的高頻振盪實驗結果相吻合。

5.自然循環在船起伏情況下熱工設計準則的滿足情況。包殼表面最高溫度、芯塊中心最高溫度和最小燒毀比都滿足熱工設計準則。堆芯熱通道的出口含汽率隨著起伏運動時流量波動而波動，在流量最小時，有最大值，此值比穩態自然循環時的出口含汽率高。即起伏運動會使出口含汽率增加。在起伏劇烈的情況下，出口含汽率有可能會超過安全準則值，這時，應降低自然循環工況的運行參數，在更低的自然循環能力水平上工作。