过滤分离器是天然气净化过程中的重要设备,其主要工作原理是利用内部多层滤芯结构,吸附和阻挡天然气中的固体颗粒等杂质。由于过滤分离器内气体流场分布不均匀,吸附在滤芯表面的固体杂质厚度不一致,导致滤芯局部位置堵塞严重,影响正常除尘和滤芯使用寿命。目前的工业技术手段很难直接监测过滤分离器内部流场,针对该问题,本文以输气站场某型过滤分离器为研究对象,利用流体动力学软件ANSYS Fluent 15.0模拟过滤分离器内部流场,以及固体粉尘颗粒在流场内的运动,为该型过滤分离器现场操作和结构优化提供理论依据。首先,基于连续性方程和纳维斯托克斯方程,采用Realizable k-ε模型,运用有限体积法,对过滤分离器内的速度场、压力场和气流迹线进行了数值模拟,明确了分离器内部的气相流动规律。模拟结果显示,过滤分离器内部的流场分布与操作压力和处理气量有关,主要会影响进出口压差和局部最大气流速度,相同运行压力条件下,分离器两端压差随处理量升高而增大;相同处理量下,分离器两端压差随运行压力升高而小幅降低;各个工况下,分离器内速度场分布基本一致,即除局部高速区域外,分离器入口及出口处的速度最大。其次,采用离散相模型,模拟分析了颗粒在分离器中的运动情况和不同粒径颗粒的运动轨迹。结果表明,不同直径的固相颗粒在流场内停留时间不同,随着颗粒直径增加,粒子停留时间缩短。再次,由流场分布和截面流线分析可知,原过滤分离器内流场分布呈现不均匀现象,不同空间位置的滤芯内部气体流量有较大不同;流场内多处位置处存在较大涡流,导致气流产生无规则运动,气流卷携着底部的粉尘颗粒扬起,影响含尘气流的过滤和过滤后的粉尘在分离器内的沉积。最后,引入流量分配参数,详细分析该型过滤分离器流量分配均匀性。原过滤分离器内部流场的不均匀性导致滤芯流量分配系数差别较大,滤芯最大流量不均匀幅值达1.28,综合流量不均匀幅值为0.256。通过对比不同滤芯排布方式下流量分配参数表明,三种滤芯排布改进方案对气相流场均匀性均有一定的优化:以综合流量不均匀系数为例,三种方案分别较原方案降低了7.8%、38.3%、30.9%。