Der Blenden-Durchflussmesser ist eine Art von Differenzdruck-Durchflussmesser, der häufig zur Messung des Massenstroms von sauberen Flüssigkeiten, Gasen und Strömen verwendet wird. Er ist für alle Rohrgrößen erhältlich und, wenn der erforderliche Druckverlust unerheblich ist, sehr kostengünstig für die Messung von Flüssigkeitsströmen in größeren Rohren (mit einem Durchmesser von mehr als 6 Zoll). Die Blende ist außerdem von vielen Normungsorganisationen für den eichpflichtigen Verkehr von Flüssigkeiten und Gasen zugelassen.
Die heute verwendeten Durchflussgleichungen für Blenden, die sich auf die Bernoulli-Gleichung stützen, unterscheiden sich nach wie vor voneinander, obwohl die verschiedenen Normungsorganisationen daran arbeiten, eine einzige, allgemein anerkannte Durchflussgleichung für Blenden zu verabschieden. Programme zur Dimensionierung von Blenden ermöglichen es dem Benutzer in der Regel, aus mehreren Durchflussgleichungen die gewünschte auszuwählen.
Wie funktioniert ein Durchflussmesser mit Blende?
Die Blende kann aus jedem beliebigen Material hergestellt werden, wobei Edelstahl am häufigsten verwendet wird. Die Dicke der verwendeten Platte (1/8 – 1/2") hängt von der Leitungsgröße, der Prozesstemperatur, dem Druck und dem Differenzdruck ab. Die herkömmliche Blende ist eine dünne kreisförmige Platte (mit einer Lasche zur Handhabung und für Daten), die zwischen den beiden Flanschen einer Blendenverbindung in die Rohrleitung eingesetzt wird. Diese Installation ist kostengünstig, erfordert jedoch eine Prozessabschaltung, wenn die Platte zur Wartung oder Inspektion entfernt wird. Im Gegensatz dazu ermöglicht eine Blendenarmatur das Entfernen der Blende aus dem Prozess, ohne die Leitung drucklos zu machen und den Durchfluss zu unterbrechen. In solchen Armaturen wird die Universalblende, eine kreisförmige Platte ohne Lasche, verwendet.
Die konzentrische Blende (Abbildung 1 – A) hat eine scharfe (eckige) konzentrische Bohrung, die einen fast reinen Linienkontakt zwischen der Platte und der Flüssigkeit mit vernachlässigbarem Reibungswiderstand an der Grenze bietet. Der Messbereich der Beta-Verhältnisse (oder Durchmesserverhältnisse) konzentrischer Blenden liegt zwischen 0,25 und 0,75. Die maximale Geschwindigkeit und der minimale statische Druck treten etwa 0,35 bis 0,85 Rohrdurchmesser stromabwärts von der Blende auf. Dieser Punkt wird als Vera Contracta bezeichnet. Durch die Messung des Differenzdrucks an einer Stelle in der Nähe der Blende wird der Einfluss der Rohrrauheit minimiert, da die Reibung sowohl auf die Flüssigkeit als auch auf die Rohrwand wirkt.
Abbildung 1: Öffnungen der Blende Flanschanschlüsse werden vorwiegend in den Vereinigten Staaten verwendet und befinden sich 1 Zoll von den Oberflächen der Blende entfernt (Abbildung 2). Sie werden nicht für den Einsatz in Rohrleitungen mit einem Durchmesser von weniger als 2 Zoll empfohlen. Eckanschlüsse sind in Europa für alle Rohrgrößen vorherrschend und werden in den Vereinigten Staaten für Rohre mit einem Durchmesser von weniger als 2 Zoll verwendet (Abbildung 2). Bei Eckanschlüssen stellen die relativ geringen Abstände ein potenzielles Problem der Wartung dar. Vena-contracta-Anbohrungen (die den Radius-Anbohrungen ähneln, Abbildung 1) befinden sich einen Rohrdurchmesser stromaufwärts von der Platte und stromabwärts am Punkt der Vena contracta. Diese Position variiert (mit dem Beta-Verhältnis und der Reynolds-Zahl) zwischen 0,35 D und 0,8 D.
Abbildung 2: Alternativen für die Position der Differenzdruckentnahmestellen Die Entnahmestellen an der Vena contracta bieten den maximalen Druckunterschied, verursachen aber auch die größten Geräusche. Wenn die Platte ausgetauscht wird, muss möglicherweise auch die Position der Entnahmestelle geändert werden. Außerdem kann sich die Vena contracta in kleinen Rohren unter einem Flansch befinden. Daher werden Vena-contracta-Anzapfstellen normalerweise nur bei Rohrgrößen von mehr als sechs Zoll verwendet.
Radius-Anzapfstellen ähneln Vena-contracta-Anzapfstellen, außer dass die stromabwärts gelegene Anzapfstelle in einem Abstand von 0,5 D von der Blende fixiert ist (Abbildung 2). Rohranschlüsse befinden sich 2,5 Rohrdurchmesser stromabwärts von der Blende (Abbildung 2). Sie erfassen die geringsten Druckunterschiede, und aufgrund des Abstands des Anschlusses von der Blende sind die Auswirkungen von Rohrrauheit, Maßabweichungen und damit Messfehlern am größten.
Blendenarten und Auswahl
Die konzentrische Blende wird für saubere Flüssigkeiten, Gase und Dampfströme im Messbereich der Reynolds-Zahlen zwischen 20.000 und 107 in Rohren unter sechs Zoll empfohlen. Da die grundlegenden Durchflussgleichungen für Blenden davon ausgehen, dass die Strömungsgeschwindigkeiten deutlich unter der Schallgeschwindigkeit liegen, ist ein anderer theoretischer und rechnerischer Ansatz erforderlich, wenn Schallgeschwindigkeiten zu erwarten sind. Die empfohlene Mindest-Reynolds-Zahl für den Durchfluss durch eine Blende (Abbildung 3) variiert mit dem Beta-Verhältnis der Blende und mit der Rohrgröße. Bei größeren Rohren steigt auch die Mindest-Reynolds-Zahl. Aufgrund dieser Mindest-Reynolds-Zahl werden quadratische Blenden bei viskosen Flüssigkeiten selten verwendet. Bei einer Reynolds-Zahl unter 10.000 werden Blenden mit quadratischen Kanten und konische Blenden (Abbildung 4) empfohlen. Flanschbohrungen, Eckbohrungen und Radiusbohrungen können alle mit quadratischen Blenden verwendet werden, bei konischen Blenden sollten jedoch nur Eckbohrungen verwendet werden.
Abbildung 3: Einfluss der Reynolds-Zahlen auf verschiedene Durchflussmesser 
Abbildung 4: Blenden für viskose Strömungen Konzentrische Blenden können mit Abflusslöchern versehen werden, um die Ansammlung von mitgeführten Flüssigkeiten in Gasströmen zu verhindern, oder mit Entlüftungslöchern, um mitgeführte Gase aus Flüssigkeiten abzulassen (Abbildung 1-A). Der nicht gemessene Durchfluss, der durch die Entlüftungs- oder Abflussöffnung strömt, beträgt in der Regel weniger als 1 % des Gesamtdurchflusses, wenn der Durchmesser der Öffnung weniger als 10 % der Öffnungsbohrung beträgt. Die Wirksamkeit von Entlüftungs-/Ablaufbohrungen ist jedoch begrenzt, da sie häufig verstopfen.
Konzentrische Blenden werden für mehrphasige Flüssigkeiten in horizontalen Leitungen nicht empfohlen, da sich die sekundäre Phase um die stromaufwärtige Kante der Blende ansammeln kann. In extremen Fällen kann dies die Öffnung verstopfen oder das Strömungsmuster verändern und zu Messfehlern führen. Exzentrische und segmentierte Blenden sind für solche Anwendungen besser geeignet. Konzentrische Blenden werden nach wie vor für Mehrphasenströmungen in vertikalen Leitungen bevorzugt, da hier eine Ansammlung von Materialien weniger wahrscheinlich ist und die Dimensionierungsdaten für diese Blenden zuverlässiger sind.
Die exzentrische Blende (Abbildung 1-B) ähnelt der konzentrischen Blende, außer dass die Öffnung gegenüber der Mittellinie des Rohrs versetzt ist. Die Öffnung der segmentförmigen Blende (Abbildung 1-C) ist ein Kreissegment. Wenn die sekundäre Phase ein Gas ist, befindet sich die Öffnung einer exzentrischen Blende am oberen Ende des Rohrs. Wenn die sekundäre Phase eine Flüssigkeit in einem Gas oder eine Aufschlämmung in einem Flüssigkeitsstrom ist, sollte sich die Öffnung am unteren Ende des Rohrs befinden. Die Entwässerungsfläche der segmentförmigen Blende ist größer als die der exzentrischen Blende und wird daher bei Anwendungen mit hohem Anteil der sekundären Phase bevorzugt.
Diese Platten werden in der Regel bei Rohrdurchmessern von mehr als vier Zoll verwendet und müssen sorgfältig installiert werden, um sicherzustellen, dass kein Teil des Flansches oder der Dichtung die Öffnung behindert. Flanschanschlüsse werden mit beiden Plattentypen verwendet und befinden sich im Quadranten gegenüber der Öffnung der exzentrischen Blende, in einer Linie mit der maximalen Dammhöhe für die segmentförmige Blende.
Für die Messung niedriger Durchflussraten ist möglicherweise eine d/p-Zelle mit integrierter Blende die beste Wahl. Bei dieser Konstruktion fließt der gesamte Prozessstrom durch die d/p-Zelle, sodass keine Zuleitungen erforderlich sind. Es handelt sich um proprietäre Geräte, zu deren Leistung nur wenige Daten veröffentlicht sind; ihre Durchflusskoeffizienten basieren auf tatsächlichen Laborkalibrierungen. Sie werden nur für saubere, einphasige Flüssigkeiten empfohlen, da bereits geringe Ablagerungen zu erheblichen Messfehlern führen oder das Gerät verstopfen können. Drosselblenden werden installiert, um Überdruck abzubauen, und sind im Betrieb in der Regel mit Schallgeschwindigkeit und sehr kleinen Beta-Verhältnissen verbunden. Der Druckabfall über eine einzelne Drosselblende sollte aufgrund von Verstopfungen oder Abrieb 500 psid nicht überschreiten. Bei Installationen mit mehreren Drosselblenden werden die Platten in einem Abstand von etwa einem Rohrdurchmesser voneinander angeordnet, um einen Druckanstieg zwischen den Platten zu verhindern.
Leistung der Blende
Obwohl es sich um eine einfache Vorrichtung handelt, ist die Blende im Prinzip ein Instrument der Präzision. Unter idealen Bedingungen kann die Ungenauigkeit einer Blende im Messbereich von 0,75-1,5 % AR liegen. Blenden reagieren jedoch sehr empfindlich auf eine Vielzahl von fehlerverursachenden Bedingungen. Die Präzision der Bohrungsberechnungen, die Qualität der Installation und der Zustand der Platte selbst bestimmen die Gesamtleistung. Zu den Installationsfaktoren gehören die Position und der Zustand der Entnahmestelle, der Zustand der Prozessleitung, die Angemessenheit der geraden Rohrverläufe, die Beeinträchtigung durch Dichtungen, die Fehlausrichtung von Rohr- und Blendenbohrungen sowie die Gestaltung der Leitungsführung. Weitere ungünstige Bedingungen sind das Abstumpfen der scharfen Kante oder Kerben durch Korrosion oder Erosion, Verformungen der Blende durch Wasserschläge und Verschmutzungen sowie Fett- oder Sekundärphasenablagerungen auf einer der beiden Blendenoberflächen. Jede der oben genannten Bedingungen kann den Durchflusskoeffizienten der Blende um bis zu 10 % verändern. In Kombination können diese Probleme noch gravierender sein und zu unvorhersehbaren Nettoeffekten führen. Daher ist unter durchschnittlichen Betriebsbedingungen bei einer typischen Blendeninstallation mit einer Gesamtungenauigkeit im Messbereich von 2 bis 5 % AR zu rechnen.
Der typische eichfähige Blendenmessgerät ist genauer, da er in einem Prüflabor durch Kalibrierung überprüft wird und mit gehonten Rohrabschnitten, Strömungsgleichrichtern, hochwertigen Blendenarmaturen und temperaturgeregelten Gehäusen ausgestattet ist.
Was ist ein Anemometer und was misst es?
Verfasst von:
Dan Schultz
Veröffentlicht am: 17. April 2026