Оптимізація роботи мультициклонного пилоуловлювача в умовах компресорних та газорозподільних станцій на основі cfd-моделювання

Анотація

У статті представлено результати чисельного моделювання процесу очищення природного газу в мультициклонному пилоуловлювачі типу ГП-604, який використовується на компресорних станціях магістральних газопроводів для видалення твердих механічних домішок перед подачею газу у турбокомпресорні агрегати. З огляду на складну структуру внутрішніх потоків і взаємодію газової та твердої фаз, дослідження виконано із застосуванням методів обчислювальної гідродинаміки (CFD) у програмному середовищі ANSYS Fluent R18.1. Турбулентність описано за допомогою моделі k–ε, що дозволяє врахувати змішування потоків та утворення вихрових структур, а рух дисперсної фази відтворено через дискретну фазову модель (DPM), що дало змогу визначити траєкторії частинок у потоці та оцінити ефективність їх осадження в різних зонах апарата. Встановлено закономірності формування обертових потоків, рециркуляційних зон і впливу цих структур на гідродинаміку всередині мультициклону, що має важливе значення для підвищення ефективності очищення. Розраховано залежність ефективності осадження від розміру частинок: для діаметра 12–23 мкм вона сягає 95–99 %, тоді як для частинок менш ніж 5 мкм – близько 87–90 %. Крім того, проведено аналіз впливу швидкості газового потоку, геометричних параметрів циклону та розподілу вхідного потоку на ефективність роботи апарата, що дозволяє більш точно прогнозувати його поведінку у різних режимах. Результати моделювання продемонстрували, що ефективність очищення значною мірою залежить від рівномірності розподілу потоку між окремими циклонами, а також від точності параметрів, використаних у чисельній моделі. Узгодження отриманих даних з експлуатаційними характеристиками апарата підтверджує адекватність застосованих CFD-моделей і їхню придатність для оптимізації конструкцій пилоуловлювачів у газотранспортних системах. Зроблено висновок про доцільність використання CFD як потужного інструменту інженерного аналізу при проєктуванні, модернізації та технічному обслуговуванні обладнання для очищення природного газу. Подальші дослідження можуть бути спрямовані на вивчення впливу температурних і тискових режимів роботи апарата, аналізу поведінки частинок різної природи та щільності, а також на оптимізацію геометричних параметрів мультициклону для досягнення максимальної ефективності видалення найдрібніших домішок. Крім того, результати можуть слугувати основою для розробки нових конструктивних рішень пилоуловлювачів і рекомендацій щодо експлуатації компресорних станцій у реальних умовах промислового газопостачання.