सीएफडी मॉडलिंग

राष्ट्र सेवा में समर्पण के 32 वर्ष

ईआईएल द्वारा ‘’रिफाइनरी निष्पादन सुधार हेतु उन्न्त प्रौद्योगिकियाँ’’ विषय पर सेमीनार का आयोजन

इंजीनियर्स इंडिया लिमिटेड (ईआईएल) के अनुसंधान एवं विकास प्रभाग द्वारा‘’रिफाइनरी निष्पादन सुधार हेतु उन्न्त प्रौद्योगिकियाँ’’ विषय पर 03 एवं 04 नवंबर, 2016 को गुरूग्राम कार्यालय में एक तकनीकी सेमीनार आयोजित किया गया।

इस सेमिनार का उद्देश्य ईआईएल की प्रौद्योगिकियों, तकनीकी सेवाओं और क्षमताओं के सभी पहलुओं को विस्तारपूर्वक प्रदर्शित करना था जिन्हें निष्पादन सुधार हेतु रिफाइनरियों को प्रदान किया जा सके।

सेमिनार के उद्घाटन समारोह में श्री संजय गुप्ता, अध्यक्ष एवं प्रबंध निदेशक, ईआईएल, श्री अजय एन. देशपांडे, निदेशक (तकनीकी), सुश्री वृत्तिका शुक्ला, कार्यपालक निदेशक (तकनीकी), कंपनी के वरिष्ठ पदाधिकारी और आईओसीएल, बीपीसीएल, एचपीसीएल और एनआरएल जैसे सेवार्थी संगठनों के प्रतिभागियों ने शोभा बढ़ाई । सेमिनार में आईओसीएल एवं ईआईएल द्वारा संयुक्त सीएफडी मॉडलिंग रूप से विकसित की गई डीएचडीटी, एफजीएच, इंडजेट, इंडेसलेक्ट एवं इंडाडेप्ट जैसी हाइड्रोडाइनेमिक रिफाइनरी विन्यास एवं प्रौद्योगिकियों पर फोकस रहा । सेमिनार में रिफाइनरियों के निष्पादन सुधार हेतु ईआईएल द्वारा विकसित प्रौद्योगिकियां जैसे इंजी क्रायो एवं इंजी एचओजी, रिएक्टर इंटरनल में विशेषज्ञता, प्रोसेस इंटिग्रेशन, सीएफडी मॉडलिंग, डायनेमिक सिमुलेशन और इंजी आरटी-एचटीआर, इंजीसीएचपी जैसे वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध सॉफ्टवेयर उपकरण भी प्रदर्शित किये गये ।

प्रश्नोत्तर सत्र के साथ दो दिवसीय कार्यक्रम का समापन किया गया जिसमें प्रदर्शित की गई विभिन्न प्रौद्योगिकियों के बारे में प्रतिभागियों के प्रश्नों का एक विशेषज्ञ पैनल द्वारा उत्तर दिया गया और उनकी शंकाओं का समाधान किया गया ।

FLUID CONTROL RESEARCH INSTITUTE

राष्ट्र सेवा में समर्पण के 32 वर्ष

सीएफडी एवं सॉफ्टवेयर

कंप्यूटेशनल फ्लुड डायनेमिक्स (सीएफडी)

कम्प्यूटेशनल फ्लूड डायनामिक्स (सीएफडी) विज्ञान और प्रौद्योगिकी की शाखा है जो आसपास के विभिन्न इंजीनियरिंग और प्राकृतिक वस्तुओं में द्रव प्रवाह अनुकरण के साथ गर्मी और और भार स्थानांतरण का अध्ययन करती है । यह अनेक अभियांत्रिकीय उपकरणों में द्रव प्रवाह बहुत ही महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। आवश्यक संचालन मानकों के लिए इस तरह के उपकरणों की डिजाइनिंग इन प्रवाह की विशेषताओं के विश्वसनीय भविष्यवाणी के बिना असंभव है। सीएफडी कई प्रवाह उपकरणों की मॉडलिंग और डिजाइन अनुकूलन करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सीएफडी सिमुलेशन भी वास्तविक ऑपरेटिंग शर्तों के साथ इंजीनियरिंग सिस्टम का सत्य पैमाने पर प्रवाह समाधान कर सकें। सीएफडी विश्लेषण का उपयोग करते हुए डिजाइन और विकास में नेतृत्व का समय काफी कम किया जा सकता है और प्रयोगात्मक मॉडल परीक्षण में प्रतिलिपि में न प्रस्तुत करने योग्य प्रवाह की स्थिति का अनुकरण कर सकते हैं। सीएफडी के परिणाम प्रवाह क्षेत्र के विषय में अधिक विस्तृत और व्यापक जानकारी प्रदान करते हैं।

एफसीआरआई में सीएफडी परियोजना

व्यावहारिक द्रव गतिशीलता की समस्याओं को हल करने के लिए कम्प्यूटेशनल द्रव डायनेमिक्स का उपयोग करने प्रयास के रूप में एफसीआरआई में 1991 के में प्रारम्मभिक कार्य शुरू हुआ। प्रारंभिक प्रयास के रूप में मानक द्रव गतिशील समस्याओं के समाधान के लिए फोरट्रान कोड्स को विकसित करने के लिए किए गए थे क्योंकि वाणिज्यिक कोड भी महंगे भी थे या उपलब्ध नहीं थे। इस दिशा में फोरट्रान कोड की सीएफडी मॉडलिंग एक संख्या विकसित की गई और समस्याओं को हल करने का प्रयास कर रहे थे। उस समय पर संस्थान में उपलब्ध 486 मशीन में एक साधारण समस्या के विशिष्ट समाधान में लगभग एक सप्ताह का समय लग जाता था।

जैसे-जैसे वाणिज्यिक कोड और अधिक उपलब्ध होते जा रहे थे और कंप्यूटिंग संसाधन सस्ते हो रहे थे, संस्थान ने सामान्य प्रयोजन के रूप में सीएफडी सॉफ्टवेयर FLUENT प्राप्त किया। सॉफ्टवेयर मुख्य रूप से परीक्षण या प्रयोग के चुनाव को सत्यापन के लिए और अनुकूलन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था जो तरल पदार्थों के प्रवाह तथा थर्मल की समस्याओं पर किया जाना था जिन्हें संस्थान द्वारा हाथ में लिया गया था और जिनका वैधीकरण किया जाना था। सॉफ्टवेयर के नवीनतम संस्करण के साथ अद्यतन किया गया था जिससे संस्थान में सिकुड़न, असंपीडन, गुहिकायन और बहुचरण द्रव प्रवाह, कैविटेशन, आदि नई समस्याओं का समाधान करने की क्षमता विकसित हो सके।

एफसीआरआई ने विभिन्न उद्योगों और अन्य वैज्ञानिक और तकनीकी संगठनों के लिए डिजाइन अनुकूलन, मॉडलिंग, सिमुलेशन, डिजाइन आदि सत्यापन के क्षेत्र में कई प्रायोजित/ आंतरिक सीएफडी परियोजनाएं शुरू की हैं। प्रवाह प्रणाली और सिमुलेशन के सीएफडी मॉडलिंग FLUENT सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग करते हुए, एक सीमित मात्रा विधि पर आधारित किया जाता है। संस्थान के पास ANSYS सॉफ्टवेयर का नवीनतम संस्करण है।

1. निम्नलिखित प्रमुख क्षेत्र इसमें शामिल हैं-
   फ्लो सिमुलेशन विभिन्न प्रकार के प्रवाह मीटर के माध्यम से जैसे वैंचुरी मीटर, छिद्र मीटर, थर्मल जन प्रवाह मीटर, शंकु प्रवाह मीटर, सीएफडी मॉडलिंग भंवर बहा प्रवाह मीटर, पिटॉट ट्यूब आदि, ।
   

1. प्रवाह सिमुलेशन वाल्व के विभिन्न प्रकार, पाइपिंग विन्यास, बैंड्स, डिफ्यूज़र, पंप सेवन, प्रवाह नलिका, स्थिर मिक्सर, आदि के माध्यम से ।

1. द्रव प्रवाह की मॉडलिंग और मध्यवर्ती हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से, हवा प्रवेश साइलेंसर, IHX सील्स और लैबीरिन्थ सील्स आदि के माध्यम से रिसाव का अनुकरण ।

1. रिएक्टर के सर्ज टैंक के अनुकरण और डिजाइन अनुकूलन अध्ययन प्रवाह, थूथन मेड़,(स्नाउट वेयर) आदि ।
2. स्थापना प्रभाव फ्लो मीटर्स पर अध्ययन।
3. विभिन्न प्रकार के स्ट्रेनर्स के फ्लो सिमुलेशन और डिजाइन अनुकूलन .

“कम्प्यूटेशनल द्रव डायनेमिक्स और सॉफ्टवेयर की मूल बातें” पर एक बुनियादी प्रशिक्षण पाठ्यक्रम जुलाई माह के दौरान दो दिनों के लिए प्रतिवर्ष आयोजित किया जाता है।

शैल क्लॉस ऑफ-गैस ट्रीटमेंट (एससीओटी) यूनिट सीएफडी मॉडलिंग

उच्च सल्फर कच्चे तेलों को संसाधित करने वाली रिफाइनरियां उत्पाद हाइड्रोजन सल्फाइड (एच 2 एस) द्वारा महत्वपूर्ण मात्रा में उत्पादन करती हैं, जिसे एसिड गैस भी कहा जाता है। इस गैस को अक्सर क्लॉस सल्फर रिकवरी यूनिट (एसआरयू) में संसाधित किया जाता है।

क्लॉस प्रक्रिया एसिड गैस (एच 2 एस) को ऑक्सीजन की कमी वाली दहन प्रक्रिया में मौलिक सल्फर में परिवर्तित करती है और फिर कंडेनसर से तरल सल्फर एक सील पैर के माध्यम से एक कवर किए गए गड्ढे में चलता है जहां से इसे अंतिम उपयोगकर्ताओं को शिपमेंट के लिए ट्रकों या रेलकारों में पंप किया जाता है। सल्फर का लगभग 65 से 70 प्रतिशत बरामद किया जाता है। स्कॉट प्रक्रिया (शैल क्लॉस ऑफ-गैस ट्रीटिंग प्रोसेस) शेल द्वारा विकसित की गई थी, और सत्तर के दशक की शुरुआत में क्लॉस सल्फर रिकवरी यूनिट की दक्षता में सुधार के लिए एक आकर्षक प्रक्रिया के रूप में पेश की गई थी। इस प्रक्रिया में चार दहन प्रक्रियाएं होती हैं (साथ ही उत्प्रेरक रिएक्टर जिनकी यहां चर्चा नहीं की गई है):
1. प्रतिक्रिया भट्ठी
2. इनलाइन रीहीटर
3. गैस जनरेटर को कम करना
4. पूंछ गैस भस्मक

इस आलेख में चर्चा की गई सीएफडी विश्लेषण केवल दूसरी प्रक्रिया, इनलाइन रीहीटर पर विचार करता है। इनलाइन रीहीटर एसिड गैस को दहन के गर्म कम करने वाले उत्पादों के साथ मिलाकर गर्म करता है। एक महत्वपूर्ण डिजाइन विचार यह है कि मिश्रित होने वाले दहन के उत्पाद कम हो रहे हैं। यदि ओ 2 पर्ची (अनकंबस्टेड ओ 2) एसिड गैस के साथ मिश्रण करने के लिए उपलब्ध है, तो एच 2 एस को अवांछनीय यौगिकों (जैसे, एसओ 3, एसओ 4, एच 2 एसओ 4) में ऑक्सीकरण किया जा सकता है जो दुर्दम्य पर हमला कर सकते हैं और पर्यावरण को नुकसान पहुंचा सकते हैं।

निष्कर्ष

इस पत्र ने एक एससीओटी प्रणाली के इनलाइन रीहीटर अनुभाग का सीएफडी विश्लेषण प्रस्तुत किया है। वर्तमान विश्लेषण ने संकेत दिया है कि निकट बर्नर क्षेत्र में मिश्रण बहुत अच्छा है और ओ 2 कैरीओवर होने की भविष्यवाणी नहीं की गई है। थर्मोडायनामिक संतुलन कोड सीईटी 89 का उपयोग करके रिएक्टर में रासायनिक संरचना के विश्लेषण ने पोत के माध्यम से स्थानों पर संतुलन एसिटिलीन तिल अंशों की भविष्यवाणी की सुविधा प्रदान की। ये तिल अंश इंगित करते हैं कि कालिख का गठन दहन क्षेत्र में या एसआरयू पूंछ-गैस मिश्रण क्षेत्र में नहीं होगा।

औद्योगिक दहन प्रणालियों के डिजाइन चरण के दौरान सीएफडी विश्लेषण का उपयोग स्टार्टअप और ऑपरेटिंग समस्याओं की संभावना को काफी कम कर सकता है। इस मामले में, भट्ठी में लंबी लपटें या कालिख उत्पादन जैसे मुद्दे मरम्मत के लिए बहुत महंगे होंगे क्योंकि इकाई लगातार चालू है। सिस्टम ऑपरेशन का परीक्षण अनुवर्ती प्रदर्शन मामलों के माध्यम से सीएफडी मॉडलिंग किया गया था। इन मामलों के डेटा की तुलना प्रयोगात्मक माप (रिएक्टर के विभिन्न हिस्सों में मापा दबाव ड्रॉप और कालिख गठन के दृश्य अवलोकन दोनों) के खिलाफ भी की गई थी। इन तुलनाओं के आधार पर रिएक्टर का निर्माण और स्थापना की गई थी और यह अपेक्षित रूप से सफलतापूर्वक काम कर रहा है।

डेली न्यूज़

बंदरगाहों, जलमार्ग और तटों हेतु राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी केंद्र | 27 सीएफडी मॉडलिंग Feb 2018 | अंतर्राष्ट्रीय संबंध

चर्चा में क्यों?

शिपिंग मंत्रालय द्वारा आईआईटी चेन्नई में बंदरगाहों, जलमार्ग और तटों के राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी केंद्र (National Technology Centre for Ports, Waterways and Coasts - NTCPWC) की आधारशिला रखी गई।

प्रमुख बिंदु

• एनटीसीपीडब्ल्यूसी की स्थापना शिपिंग मंत्रालय के प्रमुख सीएफडी मॉडलिंग कार्यक्रम सागरमाला के तहत की गई।
• यह बंदरगाहों, भारतीय अंतर्देशीय जलमार्ग प्राधिकरण और अन्य संस्थानों के लिये इंजीनियरिंग व तकनीकी जानकारी तथा सहायता प्रदान करने हेतु शिपिंग मंत्रालय की एक तकनीकी शाखा के रूप में कार्य करेगा।

इसकी उपयोगिता क्या है?

• यह सागर, तटीय और एस्ट्रिन फ्लो (coastal and estuarine flows), तलछट परिवहन एवं मोर्फोडायनामिक्स (sediment transport and morphodynamics), नेविगेशन और क्रियान्वयन (navigation and maneuvering), ड्रेजिंग तथा गाद (dredging and siltation), बंदरगाह और तटीय इंजीनियरिंग संरचनाओं (port and coastal engineering-structures) एवं ब्रेकवाटर (breakwaters), स्वायत्त प्लेटफॉर्मों और वाहनों सीएफडी मॉडलिंग के प्रायोगिक (autonomous platforms and vehicles), 2डी व 3डी मॉडलिंग के क्षेत्रों में व्यावहारिक अनुसंधान को जारी रखेगा।
• साथ ही यह प्रवाह की सीएफडी मॉडलिंग (CFD modeling of flow), पतवार संबंधी कामों और महासागर नवीकरणीय ऊर्जा के हाइड्रोडायनामिक्स को लेकर पारस्परिक संवाद का काम करेगा।
• यह केंद्र स्वदेशी सॉफ्टवेयर और प्रौद्योगिकी सेवा प्रदान करेगा।
• इसके अलावा, यह तकनीकी दिशा-निर्देशों, मानदंडों और पोर्ट संबंधी समस्याओं व समुद्री मसलों को मॉडल तथा सिमुलेशन के साथ रेखांकित करेगा।
• यह केंद्र न केवल नई तकनीक और नवाचारों को आगे बढ़ाने में मदद करेगा, बल्कि अपने सफल व्यावसायीकरण के लिये भी काम करेगा।
• यह शिपिंग मंत्रालय में काम कर रहे लोगों के लिये तकनीकी रूप से प्रशिक्षण प्राप्त करने के अवसर भी मुहैया कराएगा।

परियोजना का क्रियान्वयन कैसे होगा?

• एनटीसीपीडब्ल्यूसी को स्थापित करने में 70.53 करोड़ रुपए की लागत आएगी जिसे शिपिंग मंत्रालय, आईडब्ल्यूएआई और बड़े बंदरगाहों द्वारा साझा किया जाएगा।
• शिपिंग मंत्रालय एफआरएफ (Field Research Facility - FRF), अवसादन और क्षरण प्रबंधन टेस्ट बेसिन (Sedimentation and Erosion Management Test Basin), शिप/टॉ सिम्युलेटर (Ship/Tow Simulator) जैसी सुविधाएँ मुहैया कराने में पूंजीगत व्यय के लिये अनुदान उपलब्ध कराएगा।

‘मेक इन इंडिया’ को बढ़ावा मिलेगा

• भारतीय, वैश्विक बंदरगाह और समुद्री क्षेत्र के लिये उद्योग परामर्शदात्री परियोजनाओं के माध्यम से यह केंद्र तीन वर्षों में आत्मनिर्भर हो जाएगा।
• एनटीसीपीडब्ल्यूसी की स्थापना से भारत में बंदरगाह और समुद्री क्षेत्र के लिये प्रासंगिक स्वदेशी तकनीक के विकास को बढ़ावा मिलेगा।
• यह सरकार की "मेक इन इंडिया" कार्यक्रम के लिये एक बड़ी कामयाबी होगी और इससे सागरमाला कार्यक्रम को बढ़ावा देने में मदद मिलेगी।
• विश्व स्तर के अत्याधुनिक केंद्र के रूप में तैयार किया गया, एनटीसीपीडब्ल्यूसी नवीनतम प्रौद्योगिकी उपकरणों का केंद्र होगा और यह विदेशी संस्थानों पर हमारी निर्भरता को कम करेगा।
• इससे अनुसंधान की लागत बहुत कम हो जाएगी। साथ ही, इससे पोर्ट और समुद्री क्षेत्र में काम करने के लिये लागत कम और समय की बचत होगी।

सागरमाला परियोजना क्या है?

• सागरमाला कार्यक्रम की शुरुआत 25 मार्च, 2015 को की गई थी। इसे भारत में बंदरगाह आधारित आर्थिक विकास के व्यापक उद्देश्यों के साथ शुरू किया गया है।
• भारत के 7,500 किलोमीटर लंबे तटवर्ती क्षेत्रों, 14,500 किलोमीटर संभावित जलमार्ग और प्रमुख अंतर्राष्ट्रीय समुद्री व्यापार मार्गों के रणनीतिक स्थानों के दोहन के उद्देश्य से सरकार ने महत्त्वाकांक्षी सागरमाला कार्यक्रम तैयार किया है।
• सागरमाला कार्यक्रम में एनपीपी के तहत तटीय और समुद्री क्षेत्र के विकास के लिये वृहत् योजना तैयार की गई है।
• एनपीपी ने बंदरगाहों के आधुनिकीकरण एवं नए बंदरगाहों के विकास, बंदरगाहों के बीच कनेक्टिविटी को बेहतर बनाने, बंदरगाह आधारित औद्योगीकरण एवं तटीय समुदाय विकास के क्षेत्र में 150 से अधिक परियोजनाओं की पहचान की है।

उद्देश्य

• सागरमाला परियोजना सीएफडी मॉडलिंग का मुख्य उद्देश्य बंदरगाहों के आसपास प्रत्यक्ष एवं अप्रत्यक्ष विकास को प्रोत्साहन देना तथा बंदरगाहों तक माल के तेज़, दक्षतापूर्ण और किफायती ढंग से आवागमन के लिये आधारभूत संरचना उपलब्ध कराना है।
• सागरमाला परियोजना का उद्देश्य इंटर-मॉडल समाधानों के साथ विकास के नए क्षेत्रों तक पहुँच विकसित करना, श्रेष्ठतम मॉडल को प्रोत्साहन देना, मुख्य मंडियों तक संपर्क सुधार तथा रेल, अंतर्देशीय जलमार्गों, तटीय एवं सड़क सेवाओं में सुधार करना है।

अन्य प्रमुख बिंदु

• सागरमाला परियोजना में विकास के तीन स्तंभों पर ध्यान दिया जाएगा-

► समेकित विकास के लिये समुचित नीति एवं संस्थागत हस्तक्षेप तथा एजेंसियों और मंत्रालयों एवं विभागों के बीच परस्पर सहयोग मज़बूत करने हेतु संस्थागत ढाँचा उपलब्ध कराने के साथ-साथ बंदरगाह आधारित विकास को समर्थन देना और उसे सक्षम बनाना।
► आधुनिकीकरण सहित बंदरगाहों के बुनियादी ढाँचे का विस्तार और नए बंदरगाहों की स्थापना।
► बंदरगाहों से भीतरी प्रदेश के लिये और वहाँ से बंदरगाहों तक माल लाने के काम में दक्षता लाना।

सीएफडी मॉडलिंग

ईईएस और एसटीईपी दहन समूह बड़े पैमाने पर एयरो और तरल पदार्थ की गतिशीलता को मापने और समझने के लिए सीएफडी मॉडलिंग (कम्प्यूटेशनल फ्लूड डायनामिक्स) का उपयोग करते हैं और साथ ही दहन और प्रदूषक पीढ़ी और कमी से जुड़े प्रतिक्रिया रसायन शास्त्र का उपयोग करते हैं।

सीएफडी मॉडलिंग नियमित रूप से मूल्यांकन करने के लिए उपयोग किया जाता है:

• बर्नर और दहन प्रणाली का प्रदर्शन और उत्सर्जन
• SNCR NOx की कटौती
• बॉयलर फॉलिंग और स्लैगिंग
• नुकसान, वेग और गर्मी हस्तांतरण
• प्रतिक्रिया रसायन

STEP विभिन्न प्रमुख CFD मॉडलिंग कोड का उपयोग करता है जैसे कि Ansys, Consol, Autodesk के साथ-साथ विशिष्ट प्रतिक्रिया मॉडलिंग के लिए घर में विकसित स्वामित्व कोड।