两级串联旋风分离器旋进涡核现象的数值模拟

郭 颖, 王建军, 林雅军, 夏明川, 杨子晗

(1. 中国石油大学(华东) 机电工程学院, 山东 青岛 266580;2. 中国石油大学(华东) 新能源学院, 山东 青岛 266580;3. 中国石化青岛炼油化工有限责任公司, 山东 青岛 266500)

1 前 言

再生器是催化裂化工艺中的重要设备[1-3]，主要作用是烧除催化剂上的结炭从而恢复催化剂的活性。再生器内部通常采用两级串联多组并联的旋风分离器。旋风分离器的正常工作是保证催化裂化装置长期安全运行的关键[4]。旋风分离器结构简单，但内部流场却非常复杂[5-7]。旋流中心以一定的频率和振幅旋转，即旋进涡核(processing vortex core，PVC)现象[8]。多家石化公司多次出现旋风分离系统开裂[9-11]，1、2 级旋风分离器连接部位以及旋风分离器与筒体的连接部位开裂[12]、料腿多处穿孔[13]等现象。

吴小林等[8]利用雷诺应力横型(Reynolds stress model，RSM)模拟单级旋风分离器内三维非稳态流场，介绍了旋进涡核现象以及旋进涡核中心运动规律。Yazdabadi 等[14]建立了用于描述旋进涡核的实验模型，实验清楚地表明PVC 现象是涡核中心的瞬时位置偏移几何中心引起的。Gao 等[15]采用相位多普勒粒子分析仪(phase Doppler particle analyzer，PDPA)对旋风分离器内流场进行测量，发现旋风分离器内部涡核运动伴随着能量的损失，随着高度的减小，涡能量损失减小。Brar 等[16]研究了旋进涡核与进口气速的关系，从数据分析可以看出：随着入口气速的增加，轴向速度和切向速度脉动频率都随之增加，两者之间存在近似线性关系。Hoekstra 等[17]利用激光多普勒测速仪(laser Doppler velocimetry，LDV)技术测得旋流器中的轴向速度和切向速度分布，并对比了3 种不同湍流模型模拟结果，发现RSM 模型结果与实验数据基本吻合。……