Flow conditionering

Flow conditionering regelt de manier waarop een gas of vloeistof zich door de leiding beweegt (het flowprofiel). Vooral bij flowmeting speelt dat een rol. Het flowprofiel wordt verstoord door systeemonderdelen zoals bochten en regelkleppen. Vrijwel elke flowmeter is gevoelig voor het flowprofiel, omdat de nauwkeurigheid slechter wordt. Voorbeelden van flowmeters waar het flowprofiel heel bepalend is voor de prestatie van het instrument zijn ultrasone flowmeters en insteekbare thermische flowmeters.
De enige flowmeters die niet nadelig beïnvloed worden door het flowprofiel zijn een Positive Displacement-meter en de Coriolis massaflowmeter (grotendeels).

Illustratie: een cross-flow flowprofiel na een bocht.

Illustratie: een rondgaand profiel, ontstaan door 2 bochten achter elkaar.

Een ontwikkeld flowprofiel

Leveranciers noemen daarom in hun specificaties van hun flowmeter de minimale aan- en uitstroomlengtes op, doorgaans uitgedrukt in leidingdiameters. Dus als een instrument dat in een DN200-leiding 20D up- en 5D downstream nodig heeft, komt dat in de praktijk overeen met 4000 mm en 1000 mm aan- en uitstroomlengtes. Dat zijn de minimale waarden om niet in de problemen te komen met de verwachte meet nauwkeurigheid onder standaard condities. Maar het flowprofiel is niet gegarandeerd. Door fluctuaties die kunnen voorkomen in druk en temperatuur is het daarom verstandig om meer aanstroom en afstroomlengte aan te houden als daar ruimte voor is.

Als een medium door een rechte leiding stroomt ontstaat na een bepaalde lengte een "ontwikkeld flowprofiel". Hét kenmerk van een ontwikkeld flowprofiel is dat dit flowprofiel niet meer verandert in de leiding. Het is een turbulent profiel en juist door die turbulentie is het profiel symmetrisch en gelijkmatig. Een flowprofiel wordt beïnvloed door bochten, regelkleppen en afsluiters, reducers en thermowells. En vooral bij lage viscositeit zoals gassen en dunne vloeistoffen. Een stroperige olie zal veel minder last hebben van vertoringen.

Illustratie: een laminair flowprofiel

Illustratie: een turbulent flowprofiel.

Flow conditioners

Om een flowmeter beter te laten presteren kan een flowconditioner geplaatst worden. Een flow conditioner beïnvloedt het flowprofiel zodat het bekend en gecontrolleerd wordt. Dat kan een ontwikkeld flowprofiel zijn, of wellicht een vlak flowprofiel. Het resultaat is afhankelijk van welke flowconditioner gebruikt wordt. Sommige flowconditioners verminderen de swirl, andere zorgen voor hevige turbulenties, waardoor het flowprofiel vervlakt.
Een willekeurige flowconditioner geeft dus nog geen gegarandeerde verbetering van het meetresultaat.
Maar een goed geproportioneerde flow conditioner levert over het algemeen veel voordelen op:

• In combinatie met een flowconditioner is het systeem robuust en hoogst ongevoelig voor installatie omstandigheden.
• Daardoor kan de minimale rechte inlaat lengte gereduceerd worden (bij ultrasoon flowmeters neemt de rechte aanvoerlengte af van ongeveer 10D naar circa 4D)
• Of een verhoogde nauwkeurigheid bij de gespecificeerde rechte aanvoerlengte.
• Nog betere prestaties met een kalibratie van de gehele meterrun.
• Door te compenseren voor Reynolds is de meter volledig onafhankelijk van de vloeistof eigenschappen.

Bekende flowconditioners zijn de gatenplaten, zoals de Zanker en Gallagher plaat. Deze gatenplaten worden tussen de flenzen geklemd en hebben betrekkelijk weinig invloed op de swirl maar zorgen wel voor een meer symmetrisch profiel. Een tube bundle is een flowconditioner die bestaat uit een pakketje buisjes die in de lengterichting van de leiding geplaatst worden en die juist wel de swirl tegenwerken. Maar hebben betrekkelijk weinig invloed op de symmetrie van het flowprofiel. Een andere bekende flowconditioner is de Vortab. Voor grotere leidingen kan de contractietechniek een interessante optie zijn. Ook voor rechthoekige ducts, die vaak rondom stoomketels en incinnerators worden toegepast, zijn mogelijkheden om de flow te conditioneren.

Flow conditioners in ijkwaardige applicaties

De uitdaging met flowprofielen bij flowmeters heeft twee kanten:

1. de gevoeligheid van het type instrument (de meetmethode)
2. hoe is het instrument gekalibreerd

Tot nu toe is alleen de eerste factor behandeld.
In ijkwaardige applicaties wil je graag een voorspelbaar flowprofiel hebben. Daarom wordt daarin vaak een flowconditioner gebruikt. De flowmeter wordt dan inclusief gemonteerde flowconditioner gekalibreerd.

Bij kalibratie wordt gespecificeerd hoeveel rechte lengte gebruikt is. Daarmee wordt eigenlijk gezegd bij welk flowprofiel gekalibreerd is. Want als de nauwkeurigheid van het meetinstrument beinvloed wordt door het flowprofiel, dan moet er bij een uitspraak over de nauwkeurigheid ook verteld worden onder welke flowprofiel omstandigheden die nauwkeurigheid behaald is.