जल शोधन हेतु पंपों की विशेषताएँ एवं तकनीकें

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इस पोस्ट को अंतिम बार yinkuilin6868 द्वारा 2016-6-17 09:33 पर संपादित किया गया।
I. परिचय: पानी, सभी जीवों के अस्तित्व हेतु आवश्यक तत्व है; मनुष्यों का जीवन एवं उत्पादन भी पानी के बिना संभव नहीं है। हमारे देश में जल संसाधनों की कमी है, एवं ये समय एवं स्थान के हिसाब से असमान रूप से वितरित हैं। जनसंख्या एवं राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के विकास के साथ, जल प्रदूषण का दायरा एवं मात्रा भी लगातार बढ़ती जा रही है। हमारे देश की प्रमुख नदियों एवं तटीय क्षेत्रों में जल प्रदूषण की स्थिति बहुत ही गंभीर है। इसके कारण उत्पन्न हुआ जल संकट, विभिन्न उद्योगों के तेज़ विकास में बाधा बन रहा है, एवं लोगों के जीवन स्तर में सुधार में भी बाधा पहुँच रही है। इसलिए जल शोधन अब आवश्यक हो गया है। जलपंप, जल शोधन प्रक्रिया में तरल पदार्थों को एक स्थान से दूसरे स्थान तक पहुँचाने हेतु उपयोग में आने वाला एक महत्वपूर्ण उपकरण है। यह तरल पदार्थों को ऊर्जा प्रदान करता है, ताकि वे प्रवाह के दौरान आने वाले प्रतिरोधों को दूर कर सकें, एवं उपकरणों/पाइपलाइनों इसके अलावा, जल शोधन की प्रक्रिया में, रासायनिक पदार्थों को एक टैंक से दूसरे टैंक में, निचले स्थान से ऊपरी स्थान पर भी ले जाना आवश्यक होता है। ये सब कार्य पंपों द्वारा उत्पन्न ऊर्जा के दम पर ही संपन्न होते हैं। इससे स्पष्ट है कि पंप उत्पादों का उचित चयन करना, एवं जल शोधन हेतु उपयोग में आने वाले पंपों से संबंधित तकनीकी विकासों को समझना, जल शोधन कार्यों में एक महत्वपूर्ण कार्य है। इस लेख में, जल शोधन हेतु उपयोग में आने वाले पंपों की संरचनात्मक विशेषताओं एवं उनके उपयोग के क्षेत्रों का संक्षिप्त वर्णन किया गया है; ताकि संबंधित कर्मचारी इसका उपयोग कर सकें। द्वितीय, जल शोधन हेतु पंपों का वर्गीकरण
जल शोधन उद्योग में विभिन्न प्रकार के पंप उपकरणों का उपयोग किया जाता है। इन्हें किसी एक ही वर्गीकरण विधि के द्वारा समझना कठिन है; अतः आमतौर पर वास्तविक आवश्यकताओं के आधार पर ही इन्हें वर्गीकृत किया जाता है। नीचे इसका संक्षिप्त वर्णन दिया गया है। 1. अपने कार्य सिद्धांत के आधार पर वर्गीकरण: पंखा-पंप – इनमें तरल पदार्थ को एक जगह से दूसरी जगह ले जाने हेतु पंखों एवं तरल पदार्थ के बीच होने वाली अंतःक्रिया का उपयोग किया जाता है; जैसे – सेंट्रीफ्यूगल पंप, कॉम्बिनेशन पंप, एक्सीस पंप, वॉर्टेक्स पंप आदि। वॉल्यूम पंप: तरल पदार्थों को परिवहन करने हेतु, कार्यक्षेत्र के आयतन में चक्रीय परिवर्तनों का उपयोग किया जाता है; जैसे – पिस्टन पंप, पिस्टन-आधारित पंप, डायाफ्राम पंप, गियर पंप, स्लाइडर पंप एवं स्क्रू पंप आदि। अन्य प्रकार के पंप: ऐसे पंप जो केवल तरल पदार्थ की स्थितिज ऊर्जा में ही परिवर्तन करते हैं; जैसे कि जलचक्र आदि। ； वे पंप, जो तरल पदार्थों को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाने हेतु तरल पदार्थों की ऊर्जा का उपयोग करते हैं; जैसे – जेट पंप, वॉटर हैमर पंप आ 2. अपने परिवहन माध्यम के आधार पर, इन्हें तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है – एक-चरणीय माध्यम परिवहन पंप, द्वि-चरणीय माध्यम परिवहन पंप, एवं बहु-चरणीय माध्यम परिवहन पंप। 3. पंखा-प्रकार के जल-शोधन पंपों के वर्गीकरण
जल-शोधन हेतु उपयोग में आने वाले पंपों में, पंखा-प्रकार के पंप सबसे अधिक उपयोग में आते हैं। इनमें निम्नलिखित प्रकार शामिल हैं – एक-स्तरीय पंप, बहु-स्तरीय पंप, डबल-इनलेट पंप, कंबाइंड-फ्लो पंप, एक्सीस-फ्लो पंप, डाइवर्जेंट पंप, स्क्रू पंप, मीटरिंग पंप, पिस्टन पंप, स्क्रू पंप एवं जेट पंप आदि। तीन, मुख्य उत्पादों का परिचय
1. सेंट्रीफ्यूजल क्षार-प्रतिरोधी पंप
सेंट्रीफ्यूजल क्षार-प्रतिरोधी पंप, मुख्य रूप से एकल-स्तरीय, एकल-इनलेट वाले क्षार-प्रतिरोधी पंप होते हैं। इनका उपयोग ठोस कणों या क्षारीय तरल पदार्थों को परिवहन करने हेतु किया जाता है; इनका उपयोग 0 से 100°C के तापमान पर किया जा सकता है। जल शोधन में, इसका उपयोग अक्सर आयन विनिमय प्रक्रिया में H-जल के परिवहन हेतु किया जाता है। प्रवाहकीय माध्यम के संपर्क में आने वाले घटकों की सामग्री के रूप में स्टेनलेस स्टील एवं प्लास्टिक दोनों ही सामग्रियों का उपयोग किया जाता है दोनों में अंतर यह है कि पंप शरीर, पंप कवर एवं ट्रॉली के बीच का जुड़ाव का तरीका अलग है। पहले मामले में, पंप का ढाँचा ट्रॉली से जुड़ा होता है; इसके बाद पंप का ढक्कन पंप के ढाँचे से जुड़ जाता है। ； दूसरे विकल्प में, पंप का ढाँचा पंप कवर की सहायता से ट्रॉली पर फिक्स हो जाता है; साथ ही पंप कवर भी वहीं फिक्स हो जाता है। 2. सीवेज पंप – सीवेज पंप मुख्य रूप से पंप का शरीर, पंप का ढक्कन, बीयरिंग बॉक्स, पंप का पंखा, धुरी आदि भागों से मिलकर बना होता है। इसका उपयोग मुख्य रूप से 80°C से कम तापमान वाले, जिसमें रेशे या अन्य अवक्षेप हों, ऐसे तरल पदार्थों को परिवहन करने हेतु किया जाता है; साथ ही, अम्लीय, क्षारीय या अन्य क्षारक गुण वाले अपशिष्ट जल को भी परिवहन करने हेतु इसका उपयोग किया जात आमतौर पर उपयोग में आने वाले सीवेज पंप दो प्रकार के होते हैं: एक तो सामान्य इलेक्ट्रिक मोटर वाले सीवेज पंप, और दूसरे हैं सबमर्सिबल सीवेज पंप। 3. मध्यवर्ती-आउटलेट वाले पंप: जल शोधन प्रक्रिया में इन पंपों का उपयोग साफ पानी को एक जगह से दूसरी जगह भेजने हेतु किया जाता है। इन पंपों में पानी का तापमान 80°C से अधिक नहीं होना चाहिए। आमतौर पर उपयोग में आने वाले सेंट्रली-ओपनिंग पंपों में S-टाइप सेंट्रीफ्यूज पंप एवं FLSh-टाइप सेंट्रीफ्यूज पंप एस-प्रकार के सेंट्रीफ्यूगल पंपों की दक्षता अधिक होती है; इनकी लागत कम होती है, जिससे ऊर्जा की बचत होती है। शेप वाले सेंट्रीफ्यूगल पंपों की संचालन विश्वसनीयता उच्च होती है, एवं इनका जीवनकाल “मध्य-खुला पंप” – जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, इस पंप का डिज़ाइन मध्य-खुले रूप में होता है; अर्थात् यह ऊपर एवं नीचे इसकी जोड़ने वाली रेखा, धुरी के केंद्र के साथ एक ही समतल पर होती है; दोनों के बीच में कागज की पट्टी होती है। ऊपरी एवं निचले हिस्सों को पिनों की मदद से जोड़ा जाता है, एवं बोल्टों क अवशोषण एवं निकासी के छिद्र दोनों निचले भाग पर हैं; ये क्षैतिज दिशा में हैं, एवं पंप की धुरी के लंबवत हैं। ऊपरी एवं निचले हिस्से आपस में जुड़कर पंखे के दोनों ओर दो सममित आकार के चैंबर बनाते हैं। इन दोनों चैंबरों के लिए एक ही इनलेट होता है। बीच में उच्च दबाव वाला चैंबर होता है; इसका निचला हिस्सा निकास नली I:1 से जुड़ा होता है। जब सेंट्रीफ्यूगल पंप का पंखा घूमता है, तो पंप के अंदर कम दबाव वाला हिस्सा (इनलेट) एवं उच्च दबाव वाला हिस्सा (आउटलेट) होने के कारण पंखे के दोनों ओर लगने वाले बल असमान हो जाते हैं। इस समस्या से बचने हेतु, पंखे के दाहिनी ओर के मध्य भाग में कई छोटे-छोटे छिद्र बनाए जाते हैं; इससे दाहिनी ओर का उच्च दबाव वाला पानी थोड़ी मात्रा में निम्न दबाव वाले क्षेत्र में वापस जाता है, जिससे अक्षीय बल संतुलित रहता है। 4. आवर्ती पंप – आवर्ती पंप, पंप के सिलेंडर में आगे-पीछे गति करने वाले पिस्टन (या पिस्टन) के द्वारा सिलेंडर की क्षमता में परिवर्तन करके काम करता है। दो वाल्वों की मदद से ही तरल पदार्थ को अंदर लिया जाता है या बाहर निकाला जाता है। पिस्टन की संरचना के आधार पर, रिवर्सिबल पंपों को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है – पिस्टन-आधारित रिवर्सिबल पंप, स्लाइडर-आधारित रिवर्सिबल पंप, एवं डायाफ्राम-आधारित रिवर्सिबल पिस्टन आधारित रिकर्सिव पंप का मुख्य घटक पिस्टन है; पंप के सिलेंडर में पिस्टन की गति के कारण ही तरल पदार्थ अंदर या बाहर खींचा जाता है। पिस्टन-आधारित रिकर्सिव पंप का मुख्य घटक पिस्टन है (जो स्तंभाकार होता है); इसका संपर्क क्षेत्र पिस्टन की तुलना में अधिक होता है, एवं यह अधिक घिसावँ सहन कर सकता है। इसका कार्य-तरीका पिस्टन के समान ही है। डायाफ्राम टाइप पल्सेज पंप के मुख्य घटक भी पिस्टन ही होते हैं। लेकिन पिस्टन टाइप पल्सेज पंप से इसका अंतर यह है कि पंप के कार्यक्षेत्र एवं सिलेंडर के बीच एक डायाफ्राम (जो रबर या स्टील से बना होता है) होता है। जब पिस्टन आगे-पीछे गति करता है, तो डायाफ्राम भी आगे-पीछे हिलता रहता है; इससे तरल पदार्थ को अंदर लिया जा सकता है या बाहर निकाला जा सकता है। 5. जल शोधन प्रक्रियाओं में, मापन पंप एवं स्क्रू पंपों का उपयोग बहुत ही अधिक किया जाता है। (1) मापन पंपों के दो प्रकार होते हैं – पिस्टन आधारित एवं डायाफ्राम आधारित। इनकी संरचना में वर्म, एक्सेंट्रिक शाफ्ट, आर्च फ्रेम, क्रॉस हेड, पिस्टन, एक्सेंट्रिक अक्ष, एडजस्टमेंट स्क्रू एवं इलेक्ट्रिक मोटर आदि शामिल होते हैं। मापन पंप, ऐसा पल्सेटिंग पंप है जिसके द्वारा प्रवाह दर को गतिशील या स्थिर तरीके से समायोजित किया जा सकता है। प्रवाह दर को नियंत्रित करने हेतु, स्क्रू एवं एक्सेंट्रिक धुरी के बीच की दूरी को समायोजित किया जाता है। स्क्रू एवं अनियमित अक्ष के बीच की दूरी जितनी कम होगी, पंप की गति उतनी ही अधिक होगी; इस प्रकार उसका प्रवाह-दर भी अधिक होगा। ； इसके विपरीत, पंप का प्रवाह भी कम हो जाता है। जे-प्रकार के मापन पंपों का उपयोग, उन स्थितियों में किया जाता है, जहाँ सटीक मापन आवश्यक होता है, मात्रा को समायोजित किया जा सकता है, एवं माध्यम को निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता हो जल शोधन प्रक्रिया में, ठोस कणरहित, क्षारक एवं गैर-क्षारक रसायनों को परिवहन एवं डालने हेतु इनका उपयोग किया जाता है। परिवहन माध्यम के रासायनिक गुणों के आधार पर, तरल पदार्थों के प्रवाह हेतु उपयोग में आने वाले भागों में उपयुक्त जंग-प्रतिरोधी सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है। (2) स्क्रू पंपों में एकल स्क्रू पंप, द्विस्क्रू पंप एवं त्रिस्क्रू पंप शामिल हैं। यह एकल या कई प्रकार के पदार्थों को परिवहन करने हेतु उपयोग में आ सकता है; इनमें तटस्थ या क्षारक पदार्थ, शुद्ध या क्षरणकारी पदार्थ, गैस युक्त या बुलबुले उत्पन्न करने वाले पदार्थ, उच्च या कम चिपचिपाहट वाले पदार्थ, तथा रेशे या ठोस कणों युक्त तरल पदार्थ भी शामिल हैं। यह विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग में आता है। स्क्रू पंप के कार्य सिद्धांत के अनुसार, जब स्क्रू पंप कार्य करता है, तो तरल पदार्थ अंदर खींचा जाता है एवं धागों एवं पंप के आवरण द्वारा बने सीलबंद स्थान में जाता है। जब प्रमुख स्क्रू घूमता है, तो स्क्रू पंप की सीलबंद संरचना में दबाव बढ़ जाता है, एवं तरल पदार्थ अक्षीय दिशा में आगे बढ़ जाता है। चूँकि स्क्रू एकसमान गति से घूमता है, इसलिए तरल पदार्थ का प्रवाह भी समान रहता है। इसलिए, स्क्रू पंप में अच्छा आर्थिक प्रदर्शन, उच्च दबाव, समान प्रवाह दर, एवं उच्च घूर्णन गति जैसे लाभ होते हैं। चौथा, तकनीकी विकास की प्रवृत्तियाँ: जल शोधन उद्योग में पंपों की आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा करने हेतु, जल शोधन हेतु उपयोग में आने वाले पंपों की तकनीकी विकास प्रवृत्तियाँ मुख्य रूप से निम्नलिखित हैं। 1. पंपों के सुरक्षित संचालन संबंधी तकनीकी अनुसंधान – जल शोधन उद्योग में, पानी खींचने हेतु पंप अत्यंत महत्वपूर्ण उपकरण हैं। जलपंपों का सुरक्षित संचालन, जल शोधन प्रक्रिया के सुचारू संचालन पर सीधा प्रभाव डालता है। यदि कोई बड़ी खराबी आ जाए, तो पूरी जल शोधन प्रक्रिया ठप हो जाती है, जिससे लोगों के जीवन एवं उत्पादन में बहुत परेशानी होती है। जल शोधन हेतु उपयोग में आने वाले पंपों के संचालन संबंधी वर्तमान विश्लेषण के अनुसार, आम समस्याओं में इनके पंखों का सतही क्षय, पंखों का जल्दी ही टूट जाना, पंप के घटकों का क्षय, पंप के धुरों का विकृत हो जाना, एवं मोटर एवं बीयरिंगों का क्षतिग्रस्त हो जाना शामिल है। संचालन सुरक्षा संबंधी अध्ययन बहुत ही महत्वपूर्ण हैं। ऐसे अध्ययनों के माध्यम से न केवल पंपों की सुरक्षा में सुधार होता है, बल्कि उनकी उपयोग अवधि भी बढ़ जाती है। 2. पंपों के स्वचालित नियंत्रण संबंधी तकनीकों पर अनुसंधान – जल शोधन प्रक्रिया में, सिस्टम में उपयोग होने वाले पानी की मात्रा एवं दबाव में लगातार परिवर्तन होता रहता है। यदि इन आवश्यकताओं को पूरा न किया जाए, तो इससे उत्पादन प्रक्रिया प्रभावित होगी, एवं बड़ी मात्रा में अपव्यय होगा। प्रभावी रूप से प्रबंधन करने हेतु, उत्पादन प्रणाली की दूरस्थ निगरानी एवं स्थल पर नियंत्रण आवश्यक है। ； उत्पादन दक्षता एवं सुरक्षा को बेहतर बनाने हेतु, जल-शोधन हेतु उपयोग में आने वाले पंपों के महत्वपूर्ण हिस्सों की जाँच भी आवश्यक है। इससे स्पष्ट है कि स्वचालित नियंत्रण प्रौद्योगिकी संबंधी अनुसंधान करना, तकनीकी विकास की दिशा में एक महत्वपूर्ण प्रवृत्ति है। वर्तमान में स्वचालित फ्रीक्वेंसी परिवर्तन तकनीक पर काफी अनुसंधान किया जा रहा है, एवं इससे अब तक अच्छे परिणाम प्राप्त हुए हैं; इससे आर्थिक एवं सामाजिक लाभ भी हुए हैं। गति को नियंत्रित करने की विधि से ऊर्जा बचाने में मदद मिलती है; इसकी पुष्टि देश के कई क्षेत्रों में किए गए प्रयोगों से हो चुकी है। कई पंपों के उपयोग के दौरान, कभी-कभी पंप के प्रदर्शन संबंधी मापदंडों को स्थिर रखने की आवश्यकता होती है; जबकि कभी-कभी इन मापदंडों में परिवर्तन करने की आवश्यकता होती है, ताकि वे उपयोग की परिस्थितियों के अनुकूल हो सकें। गति को समायोजित करके इस लक्ष्य को प्राप्त किया जा सकता है, एवं साथ ही पाइपलाइनों की दक्षता भी बढ़ जाती है, जिससे संपूर्ण उपकरण की दक्षता में भी वृद्धि होती है। 3. पंपों के चयन एवं सिस्टम में ऊर्जा-बचत संबंधी तकनीकों पर किए गए अनुसंधानों में, विभिन्न कारणों से पंपों के चयन एवं डिज़ाइन संबंधी कई अनुचित प्रथाएँ मौजूद हैं। इसके कारण ऊर्जा की बर्बादी होती है, जिससे ऊर्जा-बचत संबंधी प्रयासों पर बहुत बुरा प्रभाव पड़ता है। (1) पंप चयन हेतु अनुसरण किए जाने वाले सिद्धांत: 1) उपयोगकर्ता को पंप के प्रदर्शन संबंधी मापदंडों एवं आवश्यक कार्य-परिस्थितियों का उचित निर्धारण करना आवश्यक है। 2) डिज़ाइन विभाग को पंप के प्रकार एवं मापदंडों का उचित निर्धारण करना चाहिए, ताकि वे स्थलीय उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा कर सकें। 3) पंप की अधिकतम दक्षता, उच्च दक्षता सीमा, एवं वास्तविक उपयोग में होने वाली दक्षता को पूरी तरह ध्यान में रखना आवश्यक है। 4) तकनीकी एवं आर्थिक पहलुओं की तुलना की जाती है, ताकि ऐसा विकल्प चुना जा सके जो तकनीकी रूप से उन्नत हो, एवं आर्थिक रूप से भी उचित हो। (2) सेंट्रीफ्यूगल पंप प्रणाली की कार्यकुशलता में सुधार – सेंट्रीफ्यूगल पंपों की ऊर्जा-बचत संबंधी गतिविधियाँ केवल पंपों की अपनी कार्यकुशलता के आकलन तक ही सीमित नहीं होनी चाहिए; बल्कि पूरी प्रणाली के विभिन्न पहलुओं की कार्यकुशलता का भी आकलन किया जाना आवश्यक है। इस तरह ही पूरी प्रणाली में ऊर्जा-बचत संभव हो सकती है, और इस क्षेत्र में काफी संभावनाएँ मौजूद हैं। निम्नलिखित क्षेत्रों में विस्तृत विश्लेषण एवं अध्ययन किया जाना आवश्यक है। 1) पंप यूनिट एवं सम्पूर्ण उत्पादन प्रणाली की संरचना उचित है या नहीं? इसे न केवल उपयोग संबंधी आवश्यकताओं को पूरा करना होगा, बल्कि ऊर्जा-बचत संबंधी मानदंडों को भी पूरा करना होगा। 2) सेंट्रीफ्यूगल पंप एवं इलेक्ट्रिक मोटर की व्यवस्था उचित है या नहीं; इलेक्ट्रिक मोटर की ऊर्जा-बचत क्षमता कैसी है। 3) क्या पाइपलाइनों की व्यवस्था उचित है? पाइपलाइनों की संख्या कम करके उनकी दक्षता में वृद्धि की जा सकती है। 4) ट्रांसमिशन उपकरणों की व्यवस्था उचित है या नहीं; ट्रांसमिशन उपकरणों का चयन एवं उपयोग, न केवल ट्रांसमिशन दक्षता को प्रभावित करता है, बल्कि इंजन, जलपंप एवं पाइपलाइनों की दक्षता पर भी प्रभाव डालता है। 5) दक्षता एवं भाप का उपयोग उचित है या नहीं। 6) सेंट्रीफ्यूगल पंप प्रणाली के संचालन हेतु उपयोग में आने वाली पाइपलाइनों एवं रखरखाव संबंधी व्यवस्थाएँ उचित हैं या नहीं। 4. विशेष गुणों का अध्ययन: उपयोग की परिस्थितियों में अंतर होने के कारण, ऊपर बताए गए तकनीकी अध्ययनों के अलावा, कुछ विशेष गुणों का भी अध्ययन करना आवश्यक है। ऐसे विशेष गुणों में मुख्य रूप से निम्नलिखित शामिल हैं। 1) विशेष परिवहन माध्यमों का अध्ययन, जैसे ठोस-तरल मिश्रित परिवहन माध्यम आदि। 2) विशेष सामग्रियों पर अनुसंधान किया जाना चाहिए; ऐसी सामग्रियों में उच्च जंग-प्रतिरोधकता एवं घर्षण-प्रतिरोधकता होनी आवश्यक है। 3) विशेष संरचनाओं का अध्ययन – जैसे, प्रवाह-मार्गों में कोई अवरोध न होना, द्विस्तरीय विशेष संरचनाएँ आदि। पाँचवाँ, निष्कर्ष: पंप, जल शोधन प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण उपकरण है। कुछ प्रमुख जल-शोधन पंपों के उत्पादों का संक्षिप्त विश्लेषण किया गया है; इनकी संरचनात्मक विशेषताओं एवं उपयोग की शर्तों का सारांश भी दिया गया है। इससे जल-शोधन हेतु उपयुक्त पंपों के चयन में सहायता मिलेगी। साथ ही, जल शोधन हेतु पंपों से संबंधित तकनीकों में होने वाले विकास की दिशाओं का भी उल्लेख किया गया है। दक्षता बढ़ाने एवं ऊर्जा-खपत कम करने हेतु, पंपों की सुरक्षा, स्वचालन क्षमता, ऊर्जा-बचत, एवं विशेष गुणों जैसे क्षेत्रों में और अधिक अनुसंधान एवं विकास की आवश्यकता है।