催化裂化装置是将重油加工为高附加值轻质油品的炼油装置,旋风分离器作为沉降器内的关键气固分离设备,一旦发生故障,轻则导致分离器分离性能降低,造成催化剂大量跑损,重则导致装置非计划停工。工程现场中,窜气和堵塞是旋风分离器最为常见的故障类型。本文选取现场常见尺寸的旋风分离器,通过冷态实验与数值模拟的方法,探究窜气和堵塞故障对分离器性能以及内部流场的影响规律。为考察窜气对分离器内部流场以及性能的影响,本文首先采用ANSYS Fluent19.2软件对分离器内气相流场进行数值模拟,分析了不同窜气率下,分离器内各轴向截面切向速度、轴向速度、时均压力、时均速度的变化趋势以及窜气对压力场、速度场的影响;在搭建的实验装置上,采用等动采样系统对分离器出口颗粒进行采样并采用称重法测得分离器效率,分析了不同窜气率下,旋风分离器压降、分离效率以及粒级效率变化情况,并对模拟结果进行了验证。结果表明:随着窜气率增加,各轴向截面中心区域轴向速度升高,切向速度小幅降低,时均压力升高;压力脉动的时均值以及幅值升高,频域内主频幅值升高;径向-0.2＜r/R＜0.2区域,瞬时切向速度时均值增大,其余区域时均值降低。分离器压降随窜气率增加变化规律不明显,分离效率持续降低,当窜气率为6%时,分离效率为0,分离器出口颗粒粒径分布接近入口颗粒。为考察堵塞对旋风分离器流场及性能的影响,采用动态压力传感器对各测量位置压力进行采集,再通过数值模拟的手段,对比分析随着料位上升,分离器内压力场与速度场的变化情况。结果表明:随料位上升,在不同入口速度下分离器压降均先降低后升高,当料位升至灰斗中段时最低;压力脉动时均值、幅值以及主频频率先降低后升高,均当料位升至灰斗中段时最低;瞬时切向速度时均值先降低后升高,利用FFT对其时域信号进行频谱分析,监测到两个主频,低频随着料位上升先降低后升高,高频保持不变。