Durchflussmessung mit Lochblende: Differenzdruck-Durchfluss leitet die Fluiddurchflussrate aus dem Druckabfall ab, der entsteht, wenn das Medium durch eine präzise bearbeitete Verengung in einer Rohrleitung strömt. Sie bleibt eines der am weitesten verbreiteten Messprinzipien in der Prozessindustrie, weil sie einfach ist, keine beweglichen Teile hat und durch jahrzehntelange standardisierte Bemessungsdaten gestützt wird.
Eine Lochblende ist eine dünne Metallscheibe mit einer präzise bearbeiteten Bohrung, die zwischen zwei Rohrflanschen eingespannt oder in einer Trägerarmatur gehalten wird. Wenn das Medium durch die Bohrung beschleunigt, erhöht sich seine Geschwindigkeit und der statische Druck fällt, gemäß dem Bernoulli-Prinzip.
Stromabwärts zieht sich der Strömungsquerschnitt weiter zur Vena contracta zusammen, bevor er sich wieder zur Rohrwand ausdehnt. Die Druckdifferenz zwischen einem Stromauf- und einem Stromabnahmepunkt wird mit einem Differenzdruck-(DP-)Messumformer gemessen und mittels einer Quadratwurzel-Beziehung in eine Durchflussrate umgerechnet, korrigiert durch einen Ausflussbeiwert.
Das Beta-Verhältnis (β) ist das Verhältnis des Blendenbohrungsdurchmessers zum Innenrohrdurchmesser und die wichtigste Bemessungsgröße. Ein kleines β erzeugt einen großen, leicht messbaren Differenzdruck, führt aber auch zu einem hohen bleibenden Druckverlust und stärkerem Kantenverschleiß. Ein großes β liefert ein kleineres Signal, aber einen geringeren bleibenden Verlust. Typische Auslegungen liegen grob zwischen 0,2 und 0,75, wobei 0,4 bis 0,65 für allgemeine Prozessanwendungen üblich sind.
Die Durchflussrate ist proportional zur Quadratwurzel des Differenzdrucks, sodass eine Verdopplung des Durchflusses etwa viermal so viel Differenzdruck erfordert; der Messbereich des DP-Messumformers muss also für das erwartete Durchflussfenster gewählt werden.
Im unteren Bereich wird der Differenzdruck im Verhältnis zu Messumformerstörgeräuschen und Nullpunktdrift klein, weshalb eine einzelne Blende typischerweise nur einen nutzbaren Messbereichsverhältnis von etwa 3:1 bis 5:1 ohne Neueinstellung oder Austausch bietet, eine echte Einschränkung gegenüber Messertypen, die über einen größeren Bereich genau bleiben, ein Abwägen, das in dieser Übersicht über industrielle Durchflussmessertypen behandelt wird.
Eine konzentrische Blende hat die Bohrung auf der Rohrachse zentriert und ist Standard für saubere, einphasige Flüssigkeiten, Gase und Dampf. Eine exzentrische Blende hat die Bohrung zur Rohrober- oder -unterseite versetzt, um von mitgeführten Flüssigkeiten (oben, nasse Gase) oder Ablagerungen (unten, Suspensionen) frei zu bleiben. Eine segmentförmige Blende verwendet eine Kreissegmentöffnung, die bündig mit der Rohrwand geschnitten ist, für Strömungen mit Feststofftransport, bei denen eine exzentrische Bohrung nicht ausreicht.
Die Lage der Abgriffspunkte verändert den gemessenen Differenzdruck und muss mit der für die Bemessung verwendeten Ausflussbeiwertgleichung übereinstimmen:
| Art der Abgriffe | Lage stromaufwärts | Lage stromabwärts | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Flanschabgriffe | 25,4 mm (1 in) von der Blende | 25,4 mm (1 in) von der Blende | Nordamerikanische Praxis, feste Rohrgrößen |
| Eckabgriffe | Direkt neben der Blende | Direkt neben der Blende | Europäische Praxis, kleine Durchmesser |
| D- und D/2-Abgriffe | 1 Rohrdurchmesser (D) stromaufwärts | 0,5 Durchmesser (D/2) stromabwärts | In der Nähe der Vena contracta; installationssensitiv |
Im Gegensatz zu einer Venturi oder einer Düsenblende verursacht eine Lochblende einen vergleichsweise hohen bleibenden, nicht wiedergewinnbaren Druckverlust, weil die scharfkantige Verengung Turbulenzen und Wirbel stromabwärts erzeugt, die Energie dissipieren, anstatt wieder als Druck zurückgewonnen zu werden.
Der Verlust ist bei kleinen Beta-Verhältnissen am größten und bei großen am kleinsten und liegt typischerweise je nach β zwischen 40 und 90 Prozent des gemessenen Differenzdrucks. Dies erhöht direkt die Pump- oder Verdichtungskosten in energiesensiblen Anwendungen und ist ein wesentlicher Grund, warum Ingenieure trotz höherer Installationskosten manchmal zugunsten von Venturi-Rohren entscheiden.
Die Bemessung von Lochblenden, die Installationsgeometrie und die Berechnung des Ausflussbeiwerts werden international durch die ISO 5167 geregelt (Teil 1 behandelt allgemeine Grundsätze, Teil 2 behandelt Lochblenden), wobei in Nordamerika für abrechnungsrelevante Erdgasmessungen API MPMS Kapitel 14.3 (historisch AGA Report Nr. 3) verwendet wird.
Diese Normen legen Blendenstärken- und Kantenschärfetoleranzen, Mindestgeradelaufstrecken, zulässige Rohrrundheit und die Korrelationsgleichung für den Ausflussbeiwert, die Reader‑Harris/Gallagher-Gleichung, fest. Vom Toleranzfeld abzuweichen führt zu Fehlern, die nachträglich nicht korrigierbar sind, weshalb Blendenstrecken üblicherweise als vorgefertigtes, dediziertes Rohrzwischenstück gefertigt werden.
Da die Genauigkeit von der Schärfe der vorderen Bohrungskante abhängt, sind Lochblenden anfällig für Drift durch Erosion, Korrosion sowie Ablagerungen von Kalk oder Wachs. Routinemäßige Inspektionen bedeuten üblicherweise, die Blende bei einem geplanten Stillstand auszubauen, um den Kantenzustand zu prüfen und sicherzustellen, dass sich die Bohrung nicht vergrößert hat.
Auch der Zustand der Dichtung, die Ausrichtung der Blende und die Unversehrtheit der Impulsleitung müssen periodisch geprüft werden, da eine undichte Leitung die Messung unbemerkt verfälschen kann. Das Nachverfolgen dieser Inspektions- und Kalibrierungsintervalle ist ein Workflow, den Fabrico unterstützt, zusammen mit verwandten Geräten wie dem Durchflusskennwert (Cv) von Regelventilen .
Lochblenden konkurrieren mit Venturi-Rohren, Düsenblenden, Wirbelzählern, Ultraschallmessern und Coriolis-Messgeräten. Ihre Vorteile sind niedrige Anschaffungskosten, keine beweglichen Teile und eine große Basis an Bemessungsdaten. Nachteile sind begrenzter nutzbarer Messbereich, hoher bleibender Druckverlust und eine mit Kantenverschleiß abnehmende Genauigkeit.
Wirbel- und Ultraschallmesser bieten breitere Messbereiche bei geringem oder keinem bleibenden Verlust, jedoch zu höheren Instrumentenkosten, ein ähnliches Abwägen wie bei der Radarmessung von Füllständen . Um zu beurteilen, ob eine Blendenstrecke oder ein alternatives Messgerät für einen Dienst geeignet ist, buchen Sie eine Fabrico-Demo .
Das Beta-Verhältnis ist der Durchmesser der Blendenbohrung geteilt durch den Innenrohrdurchmesser. Es bestimmt den Kompromiss zwischen DP-Signalstärke und bleibendem Druckverlust und ist eine erforderliche Eingangsgröße für die ISO‑5167-Ausflussbeiwertgleichung.
Das folgt aus den Energie- und Kontinuitätsgleichungen über der Verengung. Da der Durchfluss proportional zur Quadratwurzel des Differenzdrucks ist, ist der nutzbare Bereich enger als bei linearen Messern, weil das Signal bei geringem Durchfluss schnell abnimmt.
Die Inspektionsintervalle hängen von der Aggressivität der Anwendung ab, aber Blenden in erosiven, korrosiven oder ablagerungsfördernden Diensten werden typischerweise bei geplanten Stillständen auf Kantenschärfe und Bohrungswachstum geprüft, da beides die Genauigkeit des Ausflussbeiwerts beeinflusst.
Anmeldung
Blog
