अत्यधिक बड़े व्यास वाले फ्लोमीटरों का चयन

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“अति-बड़े व्यास वाली पाइपें” से हमारा तात्पर्य उन पाइपों से है, जिनका व्यास 1 मीटर से अधिक होता है; इनमें गोलाकार पाइप, वर्गाकार पाइप एवं आयताकार प बहुत बड़े व्यास वाली पाइपलाइनों में, पाइपलाइन के बड़े आकार के कारण, डिज़ाइन करते समय मुख्य रूप से इस बात पर ध्यान दिया जाता है कि कैसे जगह की बचत की जाए एवं लागत कम की जाए। इसलिए, पाइपलाइन की लंबाई तय करते समय फ्लो मीटर की स्थापना संबंधी आवश्यकताओं को ध्यान में नहीं रखा जाता है; इसी कारण “पहले 10 एवं बाद में 5” ऐसे सीधे भागों की आवश्यकता भी नहीं होती। इसकी वजह से अधिकांश फ्लो मीटरों के उपयोग में काफी प्रतिबंध आ जाते हैं; यदि इनका उपयोग भी किया जाए, तो परिणाम बहुत खराब ही रहते हैं। इस समस्या को कैसे हल किया जा सकता है? चलिए, पहले बड़ी पाइपलाइनों में प्रवाह की विशेषताओं के बारे में जानते हैं: 1. पाइपों का व्यास 1 मीटर से अधिक होता है; कुछ पाइपों का व्यास तो 5.6 मीटर तक भी होता है। ये ज्यादातर आयताकार होते हैं; इनकी संरचना जटिल होती है। सीधे भागों की लंबाई बहुत कम होती है – अक्सर 1D से भी कम। प्रवाह-गति का वितरण भी जटिल होता है, एवं यह पंखे के भार के अनुसार लगातार बदलता रहता है। (बड़े व्यास वाली नलियों में आमतौर पर हवा की मात्रा ही मापी जाती है।) 2. पाइप के अंदर सर्पिल प्रवाह होता है; इसका आकार एवं स्थान प्रवाह दर के अनुसार लगातार बदलता रहता है। 3. दबाव हानि को कम करने हेतु, पाइपों में तरल का प्रवाह गति 5–10 मीटर/सेकंड से कम ही होती है। सामान्य तापमान पर, वायु का कुल स्थिर दबाव केवल 15–60 पास्कल ही होता है। 4. गैसों में अक्सर धूल होती है; इस कारण सामान्य डिफरेंशियल प्रेशर मापन उपकरण आसानी से अवरुद्ध हो जाते हैं। नीचे, वर्तमान में बड़े व्यास वाली नलियों के मापन हेतु उपयोग में आने वाले कुछ उपकरणों का वर्णन किया गया है। मापन बिंदुओं के आधार पर: 1) एकल बिंदु मापन – पाइपलाइन में किसी विशिष्ट बिंदु (जैसे, पाइप का केंद्र) पर तरल पदार्थ की गति को मापकर प्रवाह दर निर्धारित की जाती है। उदाहरण के लिए, इंसर्टेबल टर्बाइन, वॉर्टेक्स फ्लोमीटर, डबल वेंचुरी मीटर, थर्मल गैस मास फ्लोमीटर आदि। इन उपकरणों के उपयोग हेतु आवश्यक है कि सीधे पाइप खंड की लंबाई 15–25D हो (जहाँ D = पाइप का व्यास)। चूँकि बड़ी पाइपलाइनों में अस्थिर घूर्णन धाराएँ मौजूद होती हैं, इसलिए विभिन्न पंखे-लोडों की स्थितियों में एक स्थिर औसत प्रवाह-गति होने की संभावना बहुत कम होती है; इसी कारण ऐसी प्रणालियों में स्वचालित नियंत्रण प्रणालियों का उपयोग बहुत कम ही किया जाता है। यहाँ एक बात स्पष्ट करने की आवश्यकता है। कई प्रवाहमापक निर्माता दावा करते हैं कि उनके उपकरणों को विंड टनल में कैलिब्रेट किया गया है, एवं इनकी सटीकता ±1% तक है। लेकिन ध्यान रखें कि यह सटीकता केवल वायु-वेग के मामले में ही है। वास्तव में, “प्रवाह” तो पूरे वायु-वेग प्रोफ़ाइल का योग ही है। सामान्य तौर पर, जब सीधी नली के हिस्सों में मापन हेतु पर्याप्त स्थल उपलब्ध न हो, या जब नली के आगे-पीछे कोई अवरोधक तत्व मौजूद हो, तो मापन का परिणाम इच्छित नहीं होता। यदि उच्च स्तर की रैखिकता/पुनरावृत्ति एवं विश्वसनीयता की आवश्यकता हो, जबकि सटीकता केवल स्वीकार्य सीमा में ही होनी चाहिए, तो ऐसी परिस्थितियों में SIERRA इंस्ट्रूमेंट्स कंपनी द्वारा विशेष रूप से विकसित एवं सुधारा गया “फील्ड ग्रिड पॉइंटिंग कैलिब्रेशन विधि” का उपयोग किया जा सकता है। इस विधि के माध्यम से, सर्वोत्तम प्रवेश बिंदु का चयन किया जाता है। इस विधि में, थर्मल गैस फ्लो मीटर का उपयोग किया जाता है। एक ही फ्लो मीटर के द्वारा, क्षैतिज अनुप्रस्थ में कई बिंदुओं पर डेटा एकत्र किया जाता है (यह डेटा एवं हवा के प्रवाह में होने वाले परिवर्तनों के आधार पर निर्धारित किया जाता है)। इन सभी बिंदुओं से प्राप्त डेटा का गणितीय विश्लेषण करके सबसे उपयुक्त मापन बिंदु चुना जाता है; ताकि उस बिंदु पर प्राप्त मापन मान न केवल रैखिक हो, बल्कि पूरे क्षैतिज अनुप्रस्थ के औसत प्रवाह को भी दर्शा सके। 2) पाइपलाइन में कई बिंदुओं पर मापन: पाइपलाइन में किसी रेखा (वृत्ताकार पाइपों में व्यास, आयताकार पाइपों में ऊँचाई या चौड़ाई) पर स्थित कई बिंदुओं पर प्रवाह गति को मापकर ही प्रवाह दर निर्धारित की जाती है; ऐसे मापन हेतु भी “इनसर्टेबल फ्लो मीटर” ही उपयोग में आते हैं। सिंगल-पॉइंट वाली व्यवस्था की तुलना में, इसमें सटीकता अधिक होती है, एवं इसकी स्थापना भी आसान होती है। लेकिन इसके लिए पहले वाले सीधे ट्यूब-खंड में कम से कम 10 “D” होना आवश्यक है; साथ ही, ट्यूब के अंदर प्रवाह की गति समान होनी चाहिए, ताकि आवश्यक सटीकता प्राप्त की जा सके। उदाहरण के लिए, किसी बिजली संयंत्र में पाइपों का क्षेत्रफल 1 वर्ग मीटर से भी कम होता है। पाइपों के अंदर चक्रवात बनने के कारण, इन चक्रवातों का आकार एवं स्थान हवा की मात्रा के अनुसार लगातार बदलता रहता है। इस कारण, 30–50% हवा-मात्रा की सीमा में, हवा की मात्रा बढ़ने पर भी “समान गति वाले पाइपों” से प्राप्त होने वाला दबाव-अंतर कम हो जाता है। मुझे भी ऐसा ही अनुभव हुआ है – जब मैंने स्पीड-एरिया विधि का उपयोग करके सेकंडरी एयर पाइपलाइनों में हवा की गति को मापने की कोशिश की, तो पता चला कि चाहे मैं वेंट की खुलने की दर को कितना भी समायोजित करूँ, उस बिंदु पर हवा की गति हमेशा 0 ही रहती है! इसलिए, ऐसी मापन विधियों का उपयोग औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में करना भी कठिन है। उपरोक्त बातों से हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि बड़ी पाइपलाइनों में हवा के प्रवाह को मापना बहुत ही कठिन है। जब इंजीनियरिंग स्थल की परिस्थितियों में कोई बदलाव संभव न हो, तो स्थल की परिस्थितियों में सुधार के लिए उचित उपाय किए जाने चाहिए, ताकि हवा के प्रवाह को सटीक रूप से मापा जा सके। 《1》 रेक्टिफायर: हम पहले ही जान चुके हैं कि मापन संबंधी समस्याओं का मुख्य कारण यह है कि पाइपलाइन में सीधा भाग नहीं है। यदि यह सुनिश्चित किया जाए कि मापन उपकरण में प्रवेश करने वाला तरल पदार्थ पूरी तरह से अशांत अवस्था में हो, तो समस्या हल हो जाएगी। एक बहुत ही अच्छा तरीका यह है कि रेक्टिफायर लगाया जाए। वर्तमान में, ऐसे ही सेल-आकार के रेक्टिफायरों का उपयोग करने की सलाह दी जा रही है; क्योंकि इनका उपयोग पिछले सौ वर्षों से विंडटनल उपकरणों में सफलतापूर्वक किया जा रहा ह इसकी विशेषता यह है कि प्रवाह क्षेत्र/पाइप के अनुप्रस्थ क्षेत्र का अनुपात अधिक होता है; ऐसा करने से दबाव-हानि कम हो जाती है। 《2》बहु-बिंदु वेग मापक – इसका सिद्धांत, पिटोट्रॉप से वेग मापने के सिद्धांत के समान ही है; अर्थात् थ्रोटल घटक के आगे एवं पीछे के दबाव अंतर को मापकर ही वेग निर्धारित किया जाता है। लेकिन अंतर यह है कि मापन हेतु बिंदुओं की स्थिति एवं संख्या, संबंधित मानकों के अनुसार निर्धारित की जाती है; ताकि पाइपलाइन में वेग का वितरण ठीक से पता चल सके। मापन बिंदु जितने अधिक होंगे, पाइप में प्रवाह वेग के वितरण को उतनी ही सटीक रूप से दर्शाया जा सकेगा। 《3》 स्वचालित वेंटिलेशन उपकरण: चूँकि बिजली उत्पादन संयंत्रों में प्रयोग होने वाली हवा में धूल मौजूद होती है, इसलिए दबाव-अंतर मापक उपकरणों में अवरोध उत्पन्न हो जाता है; जिससे ऐसे उपकरणों का बिजली उत्पादन संयंत्रों में उपयोग संभव नहीं हो पाता। इस समस्या से बचने हेतु, रिवर्स ब्लोइंग उपकरणों का उपयोग किया जाता है, ताकि पाइपलाइनों की नियमित रूप से सफाई की 《4》 मापन, अर्थात् सिस्टम में सभी डेटा को संसाधित करके प्रवाह-मान प्राप्त करना। यह कार्य बहुत ही सूक्ष्म एवं जटिल है। ट्रैफिक की गणना आदि से संबंधित बातों को यहाँ संक्षेप में ही बता दिया गया है। बहु-बिंदु प्रणाली के फायदे: 1. मापन की सटीकता अधिक होती है। 2. इसकी स्थापना आसान होती है, एवं दबाव-हानि भी कम होती है। कहा जाता है (लेकिन इसकी पुष्टि नहीं हुई है) कि अमेरिका में बिजली उत्पादन हेतु ऐसी प्रणालियों का उपयोग 90% से अधिक बाजार में किया जा रहा है। हमारे देश में इस तकनीक को अपनाए हुए केवल कुछ ही वर्ष हुए हैं, और इसे अभी भी सुधारने एवं विकसित करने की प्रक्रिया निश्चित रूप से, वर्तमान में विदेशों में पारंपरिक डिफरेंशियल प्रेशर फ्लोमीटरों के स्थान पर मैट्रिक्स-आधारित थर्मल मास फ्लोमीटरों का उपयोग धीरे-धीरे शुरू हो गया है। वर्तमान में, इस तकनीक का उपयोग हमारे देश के कुछ बिजली संयंत्रों में सफलतापूर्वक किया जा रहा है। थर्मल गैस मास फ्लो मीटरों के लिए उच्च मानकों की आवश्यकता होती है। घरेलू रूप से निर्मित उत्पादों का जीवनकाल बहुत कम होता है, साथ ही इनमें खराबी होने की संभावना भी अधिक होती है; इनकी रैखिकता भी बहुत कम होती है। वर्तमान में, घरेलू एवं अंतरराष्ट्रीय स्तर पर इस क्षेत्र में मुख्य रूप से SIERRA/FCI/KURZ नामक तीन ही ब्रांडों का उपयोग किया जा रहा है। थर्मल गैस मास फ्लो मीटर का उपयोग करने के मुख्य लाभ हैं – इसमें रैखिकता एवं पुनरावृत्ति क्षमता अच्छी होती है; कोई दबाव-हानि नहीं होती; मापन की सीमा व्यापक होती है; मास फ्लो को सीधे ही मापा जा सकता है, तापमान/दबाव के समायोजन की आवश्यकता नहीं होती; पाइप का व्यास फ्लो मीटर की कीमत पर बहुत कम प्रभाव डालता है; पाइप का व्यास जितना अधिक होगा, थर्मल फ्लो मीटर उतना ही अधिक उपयोगी होगा; इसकी स्थापना अन्य सभी फ्लो मीटरों की तुलना में सबसे आसान होती है; स्थापना लागत भी सबसे कम होती है, एवं रखरखाव लागत भी कम ही होती है। उपरोक्त विशेषताओं को देखते हुए, बड़े व्यास वाली पाइपलाइनों में प्रवाह मापन हेतु यह विधि अब मुख्य विकल्प बनती जा रही है।