Flowmeters procesindustrie

Flowmeters procesindustrie debietmeters
Illustratie: Oil and Gas Photographer / Shutterstock.com

Flowmeters in de procesindustrie

Onder debiet of flowmeters in de procesindustrie verstaan we het meten van de doorstroming van een gas of vloeistof per tijdseenheid. Flowmeting is ongetwijfeld de meest lastige meting die we in ’t veld hebben. Waar we bij druk, niveau, temperatuur of kwaliteitsmeting de aanwijzing van het instrument redelijk eenvoudig kunnen controleren tegen een bekende standaard, is dit bij flowmeters veel lastiger of zelfs ‘onsite’ onmogelijk.

Flowmeters spelen een zeer belangrijke rol in de handel en industrie. Reeds in de Romeinse tijd werd flow of volumemeting gebruikt voor het meten van waterverbruik. Tot op de dag van vandaag wordt flowmeting gebruikt voor overdracht van eigendom, ook wel bekend als custody transfer, sales metering, fiscal metering of ijkwaardige meting. Ook zien we flowmeting bij afvalstromen, bewaking van productiekwaliteit, regeling van receptuur of mengverhouding.

Lees hier het laatste nieuws over flowmeters

Problematiek en uitdagingen flowmeters in de procesindustrie

De uitlezing van flow, die op uw beeldscherm verschijnt, is in principe slechts het resultaat van een juiste keuze van het meetprincipe, de opstelling en onderhoud in ‘t veld. We dienen bij selectie en gebruik van een flowmeter voor vloeistof of gas rekening te houden met allerlei producten proceseigenschappen zoals:

  • zuiver product of vervuild c.q. gemengd met andere stoffen, deeltjes of gasbelletjes
  • statische druk en/of temperatuur constant of wisselend
  • snelheid van het doorstromende product
  • flow pulserend of redelijk constant
  • corrosief of abrasief
  • elektrisch geleidend of juist niet
  • thermische capaciteit
  • Reynoldsgetal

Maar ook:

  • vereiste nauwkeurigheid
  • turn-down ratio
  • maximaal toegestane drukval over de meetopstelling
  • horizontale of verticale opstelling
  • vereiste mechanische sterkte
  • stromingsprofiel en al dan niet een strainer
  • beschikbare ruimte i.v.m. vereiste rechte leidingstukken voor en na
    het instrument
  • eventuele vibraties en geproduceerd geluid van het leidingwerk of
    regelkleppen
  • geluidsproductie van de meetopstelling zelf

Kortom, een heel scala aan parameters en afwegingen, die als het goed is de revue passeren alvorens een selectie gemaakt kan worden. Beslist niet eenvoudig en een hele uitdaging.

Principes en technieken

Voor de meting van een flow zijn vele meetprincipes beschikbaar. Functioneel kan men flow meetprincipes indelen in drie groepen:

Drukverschil (ΔP) of werveling tengevolge van obstructie in leiding
• meetschijfoforificeplate
• Venturi, meettuit of V-cone
• Annubar
• Vortex

Free flow, geen obstructie in leiding
• ElektromagnetischofMagnetischinductief
• Thermisch(warmtecapaciteit)
• CoriolisofMassflow
• Ultrasoon(looptijdverschil)
• Akoestisch(Dopplereffect)

Mechanische en positive displacement (PD)
• Turbine
• Ovaal,tandrad,balggasetc.

Groep 1. Drukverschil of ΔP

Bij een meting gebaseerd op het ΔP (Delta Pressure) principe is de kans dat er in ’t veld, tijdens de operationele fase iets mis gaat over het algemeen het grootst.

Drukverschil of ΔP-meting werkt volgens de wet van Bernoulli. Kinetische energie van het doorstromend medium wordt door een vernauwing in de leiding omgezet in een vergroting van de stroomsnelheid, waardoor een drukverschil ontstaat over deze vernauwing.

Wanneer het leidingwerk en de meetopstelling is ontworpen en gemonteerd volgens de ISO 5167 norm, is voldaan aan de belangrijkste criteria. Deze ISO-norm omschrijft o.a. de vereiste upstream en downstream rechte lengte, de meetschijfvereisten zoals afmetingen en dikte. Maar ook de limieten in de verhouding tussen de binnendiameter van de leiding (grote D) en de diameter van het meetgat in de orifice (kleine d), genaamd de bétafactor (ß) moet tussen de 0,3 en 0,65 liggen. Ook wat te doen bij niet gelijkmatige stroming (zoals het gebruik van ’flowconditioners’), de plaats van de aansluiting op de leiding voor de flowtransmitter en de juiste opstelling van de eventuele druk en temperatuurtransmitter behorende tot de flowmeting. Kortom, alles waar u zich na installatie geen zorgen meer over hoeft te maken, toch?

Niet helemaal waar dus. Een drukverschilmeting vereist aandacht, en meer dan alleen het regelmatig testen of kalibreren van de transmitter of ΔP-cell. De meetschijf staat wellicht bloot aan slijtage en vervuiling. Een regelmatige controle en opmeten van de binnendiameter is absoluut geen overbodige luxe. Een doorgebogen meetschijf door een onverwachte piekflow moet uiteraard vervangen worden. En als u dan toch de leiding open heeft, controleer dan ook de binnenkant van leiding en een eventuele flowconditioner of straightener.

Ook hier kan vervuiling en corrosie zijn ’meetfoutvergrotende’ werk gedaan hebben en zorgen voor onregelmatige stroming terwijl gelijkmatig turbulent over het algemeen ideaal is.

Bij het weer monteren van de meetschijf let u natuurlijk op de stromingsrichting. De haakse of scherpe kant van het meetgat upstream, de afgeschuinde kant downstream. Vaar hierbij niet blind op de eventuele tag-plaat of ingeslagen data op de lepel van de meetschijf, die aan de upstream kant hoort te staan.

Last but not least, de procesaansluitingen van de ΔP-cell. Het komt nogal eens voor dat er zich een kleine lekkage bevindt in de schroefdraad, tubing, pakking of connectors. Aangezien het bij een ΔP meting vaak gaat om kleine drukverschillen, kan het verlies van een paar mbar verschildruk al resulteren in een aanzienlijke meetfout. In dit verband moet u ook onthouden dat het gemeten drukverschil over de meetschijf zich niet proportioneel, maar kwadratisch verhoudt tot de doorstroomsnelheid.

Venturi, meettuit of V-cone

Alhoewel bij Venturi, meettuit en V-cone metingen geen meetschijf wordt gebruikt, zijn de andere hierboven vermelde aandachtspunten zeker ook geldig. Andere eisen worden gesteld aan de upstream en downstream lengtes. Tevens kan door slijtage de ‘keel’, net zoals bij de meetschijf, van diameter veranderen. Regelmatige controle is dan ook geen overbodige luxe.

Annubar

Ook de annubar meting vereist aandacht, te beginnen bij de (eerste) montage. Volg de installatievoorschriften van leverancier of fabrikant stipt op. Het zuiver haaks op de leiding c.q. flowrichting monteren van de ‘bar’ is van groot belang voor de nauwkeurigheid van de meting, evenals insteekdiepte en de eventueel benodigde steun voor de ‘bar’ aan de onderkant van de leiding op 180 ̊. Lijkt allemaal logisch en eenvoudig, maar de lasser die flens en steun aan de leiding moet bevestigen, werkt met andere toleranties dan u gewend bent en dan er vereist zijn!

Regelmatige controle van de annubar op slijtage en vervuiling kan ook hier meetfouten voorkomen. Belangrijk voordeel van de annubar is dat de locatie van de procesaansluiting vastligt en daardoor geen meetfouten ontstaan. De close-coupled versie, waarbij de transmitter direct is verbonden met de bar, heeft de voorkeur aangezien het aantal lekpaden ten opzichte van de aansluiting met tubing, drastisch vermindert.

Vortex

Een Vortex flowmeter is een beetje vreemde eend in de bijt. Het is in principe geen drukverschilmeting, maar werkt wel met een obstructie in de leiding.

Bij Vortex steekt een bluff-body of shedder bar in de stroming (te vergelijken met Annubar) die vanwege zijn vorm vortices (eenvoudig gezegd turbulenties of wervelingen en dus drukgolven) laat ontstaan. De frequentie en drukschommelingen van de vortices, gemeten door een piëzo-elektrisch of ultrasoon sensor, zijn een lineaire maat voor de doorstroming. Cavitatie ten gevolge van te grote drukval bij vloeistofmetingen is mogelijk, met alle nare gevolgen van dien. Dus ook hier: regelmatige inspectie vereist.

Lees hier het laatste nieuws over flowmeters

Groep 2. Free flow, geen obstructie in leiding

Hierbij gaat het om zogenaamde inline meetprincipes waarbij meetbody en transmitter meestal één geheel vormen. Het risico van lekpaden is hierdoor kleiner. Verder is het ontbreken van een obstructie in de leiding een hele kopzorg minder.

UltraSone (US) flowmeters in de procesindustrie

Ultasone flowmeters in de procesindustrie kunnen verdeeld worden in uitvoeringen met sensoren voor het meten van het looptijdverschil (snelheid van het geluid) of het Dopplereffect. Het Doppler meetprincipe is alleen geschikt voor vloeistoffen, terwijl de meters die gebruik maken van het looptijdverschil (snelheid van het geluid) geschikt zijn voor zowel vloeistoffen als gassen. Ik zal u niet vermoeien met de wet van Snellius of de theoretische kant van het dopplereffect. Daarover is genoeg te vinden op het Internet en in andere media.

Voor selectie, montage, gebruik en kalibratie van deze flowmeters is de BS 7965 van belang, maar ook de ISO 4006, ISO/CD 17089 en bij gasmeting de AGA-9. Bij montage en gebruik is het vooral van belang te letten op akoestische meetsignaalvervuilende bronnen in de nabijheid en omgeving van de meters zoals regelkleppen, maar ook leidingbochten en dergelijke.

Let bij gebruik van UltraSone meters op de leidingbodem. Vocht, vuil of corrosie kunnen zich ophopen en een eventueel onderin de leiding gemonteerd sensor vervuilen of blokkeren. UltraSone flow meters worden ook aangeboden als clamp-on.

De voordelen zijn evident. Geen gaten in uw leidingwerk, dus de kans op lekkage door montage van een dergelijk instrument is nihil. Daarnaast zijn de grote bereik verstelling en stabiliteit goede eigenschappen.

Het contact van de clamp-on sensor met de buitenwand van de leiding is van groot belang voor een juiste en storingsvrije meting. Gebruik voor montage altijd de speciaal ontwikkelde en bij het apparaat geleverde bevestigingsmaterialen met akoestisch overdrachtsmedium. Alleen dan bent u verzekerd van een stabiele montage en een optimale intensiteit van het gemeten signaal. Tevens bent u zodoende gevrijwaard van mogelijke corrosieproblemen.

Elektromagnetisch meetprincipe

De werking van dit type meetinstrumenten is gebaseerd op de elektrische geleidbaarheid van vloeistoffen, dus niet geschikt voor vloeistoffen die niet geleidend zijn.
De spoelen die zorgen voor de opwekking van het magnetisch veld, moeten geïsoleerd zijn van het medium, en ook geïsoleerd blijven!

Hiervoor zorgt de coating aan de binnenzijde van de meetbuis van de flowmeter. De juiste keuze van het coatingmateriaal versus doorstromend product is dan ook belangrijk. Verder kan elke beschadiging van de coating leiden tot uitval of meetfout en is een goede aarding van de behuizing van groot belang. Controleer dit regelmatig.

Thermische flowmeters procesindustrie

Thermische flowmeters worden vooral gebruikt bij gasflow. Er bestaan twee soorten: het bypassen immersietype. Beide zijn gevoelig voor vervuiling. Wanneer uw product niet 100% schoon is (en dat zijn de meeste) is regelmatig inspectie en onderhoud gewenst.

Coriolis meetprincipes

Het Coriolis effect of Corioliskracht, is vernoemd naar zijn ontdekker, de Parijzenaar Gaspard-Gustav Coriolis. Met de uit dit principe ontwikkelde massa-flowmeters kan, vrijwel onafhankelijk van druk, temperatuur, viscositeit en homogeniteit, nauwkeurig en vaak ook ijkwaardig de doorstromende hoeveelheid massa worden gemeten, zowel in leidingen van kleine als grote diameter.

Bij de keuze van het instrument moet u niet alleen letten op de gewenste meeteigenschappen maar ook en vooral op de vereiste mechanische sterkte. Overleg daarom niet alleen met uw leverancier, maar ook met uw pipingengineer die alles afweet van pipe-stress en aanverwante verschijnselen.

Verder is van belang dat de meter niet wordt beïnvloed door trillingen van buitenaf. Zie ook de ISO 10790. Eenmaal juist geïnstalleerd, heeft dit meetprincipe weinig aandacht nodig.

Net zoals alle inline flowmeters zal de Coriolis meter voor een periodieke test, certificatie, keuring of kalibratie moeten worden verwijderd uit de leiding en opgestuurd. Maak van die gelegenheid gebruik om de meter en upen downstream leidingwerk te inspecteren op corrosie of vervuiling.

Groep 3. mechanische en positive displacement (pD) turbine

Over het algemeen zijn turbinemeters zeer nauwkeurig en deze worden daarom gebruikt in metingen die ijkwaardig moeten zijn. Bij een constante doorstroming is het aantal omwentelingen van de turbine proportioneel aan de flowsnelheid en daarmee een maat voor de hoeveelheid. Dus bij vaak wisselende doorstroomhoeveelheden zal door de massatraagheid en wrijving van de rotor de nauwkeurigheid afnemen.

Het gaat om een mechanisch apparaat dat onderhevig is aan slijtage maar ook aan vervuiling, met name van de schoepen, zeker bij viskeuze vloeistoffen. Verder moet gelet worden op vervuiling van de sensor(en) die het aantal omwentelingen van de rotor omzet in counts en een uitgangssignaal.

PD-meters

Positive Displacement flowmeters zijn vaak lokale metingen met telwerk. Er bestaan echter ook vele uitvoeringen met transmitter of sensoren die het signaal (pulse of mA) uiteindelijk naar het beeldscherm brengen.

PD-flowmeters zijn mechanische instrumenten, die het doorstromend volume meten middels en via kamers met vast volume. De bekendste zijn natuurlijk de wateren gasmeter die we allen in huis hebben. Hoe de meetkamer of verdringer er ook uit ziet, PD-meters creëren een hoog drukverschil, maar zijn vaak zeer accuraat. Let wel op constante druk en temperatuur.

Om het belang van een correcte druk en temperatuurmeting te illustreren een voorbeeld: Uw gasmeter thuis (balggasmeter) wordt verondersteld nauwkeurig te zijn bij een druk van 1013 mbar en bij 15 ̊C. De druk wordt geregeld met een drukventiel vlak voor de meter. De temperatuur van de meter ‘regelt’ u zelf. Ik zal het u niet voorrekenen maar als de druk iets lager is, en de temperatuur in de meterkast is iets hoger, bijvoorbeeld 20 ̊C, dan betaalt u meer kubieke meters dan u krijgt!

Bij PD-meters concentreren de storingen en het onderhoud zich meestal op het mechanisch gedeelte. Door de over het algemeen lange levensduur, zal een miswijzing tengevolge van slijtage of vervuiling pas laat worden ontdekt. Hoe lang het instrument al zorgde voor een miswijzing is vaak niet meer na te gaan. Periodieke controle is daarom zeker niet overbodig.

Ervaringen en merkwaardigheden flowmeters

Bij drukverschil of DP meting ben ik al uitgebreid ingegaan op de problemen die zich bij dit type meting kunnen voordoen. Dit flow meetprincipe vereist juist tijdens de onderhoudsfase kennis van zaken en oog voor detail, ook al lijken ze nog zo triviaal.

Bij ‘free flow’ of inline apparatuur dient men goed te letten op de mechanische sterkte van het apparaat. Let ook op piping eisen zoals flenzen en pakkingen. De juiste materiaalkeuze en eventuele isolatie van de behuizing ten opzichte van het leidingwerk is minstens zo belangrijk. Immers een koolstof meterbehuizing in een RVS-leiding gaat niet goed. Door elektrochemische corrosie verkeert u al snel in de problemen. Verder moet bij keuze en onderhoud van alle apparatuur zoals gewoonlijk rekening worden gehouden met area classificaties en de explosieveiligheid (ATEX).

Lees hier het laatste nieuws over flowmeters

Onderhoud of maintainability

Met uitzondering van de clamp-on types, gaat het bij flowmeetapparatuur in feite altijd om geheel of gedeeltelijke inline flowmeting, waardoor onderhoud vaak een ingrijpende klus is. Of het nu gaat om de inspectie van een meetschijf, controle van een elektromagnetische meterbehuizing of uitwisselen van een UltraSone flowmeter of turbinemeter, het proces zal moeten worden gestopt en de procesleiding geopend. Behalve wanneer u twee identieke meters (of meer) parallel zet, met een verbindingsleiding die het ook mogelijk maakt om meters in serie te schakelen en de meetwaarde te vergelijken.

De voordelen voor onderhoud, reparatie, kalibratie, reproduceerbaarheid en beschikbaarheid van het proces zijn natuurlijk duidelijk. Een kosten-batenanalyse zal hier de doorslag moeten geven.

Bij metingen door flowmeters van grote debieten (zoals bij de winning van aardolie) is het vaak zo dat de meerkosten voor het installeren van een piston prover loop opwegen tegen het regelmatig extern laten kalibreren van de gebruikte turbinemeters.

Flowmeters in de procesindustrie – Trends en ontwikkelingen

De aloude meetschijf met daaraan gekoppeld een drukverschiltransmitter, is op veel plaatsen nog altijd voldoende voor de vereiste functionaliteit en nauwkeurigheid. Er zijn inmiddels echter veel goede alternatieven zoals Vortex, Coriolis en US waarbij natuurlijk wel enorm goed gelet moet worden op de procescondities.

De ontwikkeling en perfectionering van de clamp-on flowmeters zal zich ongetwijfeld voortzetten omdat hier de relatief eenvoudige montage, maar vooral het achterwege blijven van potentiële lekpaden een grote rol speelt. Uit oogpunt van de steeds stringenter wordende eisen met betrekking tot de procesveiligheid en milieueisen, een goede zaak.

Lees ook:

close

Digitale Nieuwsbrief

SCHRIJF JE IN VOOR ONZE WEKELIJKSE NIEUWSBRIEF EN BLIJF OP DE HOOGTE VAN ALLE INDUSTRIËLE EN TECHNISCHE ONTWIKKELINGEN!

Door jouw inschrijving voor de nieuwsbrief, ga je akkoord met onze privacy voorwaarden.