Zu den Standardwerten moderner Mess- und Regeltechnik gehört die Messgröße Durchfluss. Dabei kann – abhängig vom verwendeten Messmedium, der benötigten Genauigkeit und den Prozessbedingungen – eine Vielzahl von Verfahren zum Einsatz kommen. Die richtige Auswahl hängt von vielen Parametern ab. Einige wichtige Auslegungskriterien sind: Durchflussbereich, Nennweite, Einbaubedingungen, Genauigkeit, Druckverlust sowie Materialauswahl anhand von Korrosion- und Abrasionsverhalten.
Da aber oft mehrere passende Messprinzipien zur Verfügung stehen, kann man anhand weitergehender Kriterien wie etwa Anschaffungskosten, Bedienerfreundlichkeit oder Wartung eine optimale Messstelle finden.
Auch werden die Geräte permanent weiterentwickelt und der reine Blick in die Vergangenheit kann oft trügen, weil andere Messprinzipien mittlerweile ausgereift sind und sich andere Materialien oder Bauformen etabliert haben, die die Applikation jetzt besser abdecken können. Dabei hat jedes Prinzip und jede Bauform Vor- und Nachteile. Die zufriedenstellende Leistung hängt direkt mit der Abdeckung der applikativen Herausforderung ab.
1. Durchflussbereich und Druckverlust beachten
Oft ist eine Applikation nicht statisch, sondern hat sich stark ändernde Durchflussraten. Viele Messsysteme können diese bewältigen, weil sie mit einem großen Durchflussbereich oder auch einer hohen Dynamik aufwarten. Dynamiken größer 1:100 (spezifizierter Mindest- zu Maximaldurchfluss) sind keine Seltenheit. Jedoch können aus extremen Dynamiken hohe Geschwindigkeiten entstehen, die wiederum hohe Druckverluste verursachen. Hier haben magnetisch-induktive oder Ultraschall-Messgeräte aufgrund ihrer Bauform des freien Querschnitts den Vorteil, dass sie keinen Druckverlust generieren. Denn je höher der Druckverlust, desto mehr Energie wird durch die Pumpe oder andere Aggregate in Wärme umgewandelt und vernichtet.
2. Nennweite auslegen
Eine übliche Herangehensweise für die Auslegung der Nennweite ist, eine Geschwindigkeit von 2 bis 3 m/s anzunehmen. Oft kann dies aber zu hoch sein, insbesondere wenn sich abrasive Feststoffe im Medium befinden. Die Abrasion nimmt mit der Geschwindigkeit zu, daher erfolgt die Auslegung zu kleineren Geschwindigkeiten. Meist wird in solchen Applikationen eine Fließgeschwindigkeit kleiner 1 m/s empfohlen. Falls der Druckabfall zu hoch ist und die Dampfdruckkurve des Mediums unterschritten wird, muss die Geschwindigkeit entsprechend verringert werden, um die resultierende Kavitation zu vermeiden. Denn diese Kavitation wird über kurz oder lang das Gerät zerstören. In beiden Fällen – Reduzierung der Abrasion und Vermeidung der Kavitation – werden Nennweiten größer ausgelegt, um die Lebenszeit des Gerätes zu verlängern.
3. Material anhand von Korrosions- und Abrasionsverhalten wählen
Die Materialauswahl ist ein schwieriges Thema; die einschlägige Literatur kann hier jedoch helfen. Prinzipiell müssen die Konzentration und die Temperatur des zu messenden Mediums bekannt sein. Weiterhin sind die angegebenen Korrosionsraten des Materials auf ein reines Medium bezogen. Mischungen oder auch nur kleine Verunreinigungen können ein ganz anderes Verhalten bewirken. Um das richtige Material zu wählen, muss die Applikation vor Ort bekannt sein. Selbst wenn alle Daten letztendlich vorliegen, ist es für einen Außenstehenden sehr schwierig, auf die Auswirkungen der Korrosion zu schließen. Daher sind die Erfahrungen bezüglich der Materialien durch den Anwender unerlässlich. Allgemeingültige Aussagen oder Empfehlungen können in beiden Fällen – Korrosion und Abrasion – gegeben werden. Hier spielt auch oft Kostenoptimierung eine Rolle, weil eine erhöhte Lebenszeit mit einem beständigeren und damit oft teureren Material erkauft werden muss.
4. Kosten nicht aus den Augen verlieren
Es gibt große Unterschiede bei den Kosten eines Durchflussmessers. Es fängt mit einigen Eurobeträgen an und endet im sechsstelligen Bereich. Die großen Kostentreiber sind das Material und die gewünschte Genauigkeit. Aber es sind nicht nur die reinen Gerätekosten zu betrachten, auch die Installationsart und die Peripherie können die Kosten in die Höhe treiben. Beispielsweise kann oft ein Einsteck- anstatt eines Inline-Sensors bei großen Nennweiten zum Einsatz kommen. Es ist klar, dass hier die Anschaffungskosten aufgrund der Bauform niedriger sind und sich auch die Installationskosten geringer gestalten. Es ist eben bei Weitem nicht so aufwändig, ein Loch in eine Rohrleitung zu bohren anstatt sie zu trennen und ein Flansch anzuschweißen. So müssen es nicht immer die absoluten Top-of-the-Line-Geräte sein. Andererseits sollte man aber auch zukünftige Herausforderungen nicht aus den Augen verlieren. Denn man bekommt immer das, wofür man bezahlt.
5. Wartung optimieren
Viele Faktoren beeinflussen die Wartungsanforderung und die Lebensdauer eines Durchflussmessers. Das Hauptproblem ist oft ein für die Applikation falsch gewähltes System. Weiterhin sind Sensoren mit beweglichen Teilen größere Aufmerksamkeit zu widmen, als solchen ohne bewegliche Teile. Doch jedes Gerät muss irgendwann einmal gewartet werden. Aufgrund ihrer Abnutzung benötigen Durchflussmesser mit beweglichen Teilen kürzere Wartungsintervalle. Befinden sich noch Feststoffpartikel in der Flüssigkeit, ist die Wartung entsprechend zu planen. Durch Filter kann man Abrasion oder Belag im Messrohr entgegenwirken.
Auch Messsysteme ohne bewegliche Teile, wie etwa ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser, können durch Belagbildung ebenfalls einer regelmäßigen Wartung unterliegen, wenn dieser die Elektroden isoliert. Denn das hat großen Einfluss auf die Genauigkeit. Das Gerät kann je nach Beschaffenheit des Belages mehr oder weniger falsche Werte anzeigen. Durch die richtige Wahl des Durchflussmessers lassen sich die Wartungskosten also optimieren.
6. Einbaubedingungen berücksichtigen
Die meisten Geräte verlangen unter anderem nach einer vollständig gefüllten Rohrleitung und einem ausgeprägten Strömungsprofil, um die Genauigkeit, die in ihrer Spezifikation angegeben ist, zu erreichen. Daher ist das vertikale Rohr gegenüber einem horizontalen Rohr zu bevorzugen, weil die Gefahr des teilgefüllten Rohres nicht gegeben ist. Bei abrasiven Medien wirkt sich diese Einbaulage ebenfalls positiv aus, weil die abrasiven Partikel nicht sedimentieren und die bodenseitige Rohrwand erodieren können. Auch entleeren sich Rohrsysteme vollständig, falls dies von Seiten des Kunden zum Beispiel nach einer Reinigung einer hygienischen Anlage gefordert wird. Außerdem herrscht ein Vordruck durch die Flüssigkeitssäule oberhalb des Gerätes, der sich bei einigen Messsystemen positiv auswirkt.
Trotz all dieser Vorteile werden Durchflussmesser meistens horizontal eingebaut. Dann muss man jedoch geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen. Weiterhin sollten gewisse Grundprinzipien eingehalten werden: So sollte man zum Beispiel das Gerät nicht am höchsten oder tiefsten Punkt einer Anlage einbauen. Die Ein- und Auslaufstrecken sollten darüber hinaus den Herstellerangaben folgen, um das nötige Strömungsprofil für die Genauigkeit zu erlangen. Die mittelbaren Volumenmesser und Coriolis-Geräte benötigen keine Ein- und Auslaufstrecken, jedoch sollte man sie nicht direkt an eine Pumpe andocken, damit sie nicht aufgrund von auftretenden Vibrationen Schaden nehmen.
