ISO 5167:2003（E）《用差壓裝置測量液體流量

一、前 言

ISO 5167:2003（E）（以下簡稱新標準）的頒布（bù）是節流裝置發展史上的第二個裏程碑，而第一個裏程碑是（shì）1980年頒布的第一部ISO 5167國際標準（以下簡稱舊標準（zhǔn））。二個裏程碑反映節流（liú）裝置發展的不同階段，它們在技術基礎及內容上（shàng）都有實質（zhì）性的（de）重要變（biàn）化。如何深入學習ISO 5167新標準，是我經常考慮的問題，在不斷學習和體會中寫了這（zhè）份學習劄（zhá）記。

自2003年新標準（zhǔn）頒布後，國內有專家學者論（lùn）述其內容及重要性，據稱（chēng）曾舉（jǔ）辦過60~70次貫徹新標準的研討會，學習班，遺憾的（de）是這是以宣講ISO 5167新標準為名（míng），行推銷內錐流量計為實的研討會，學習班，遺憾的是這是以宣講（jiǎng）ISO 5167新標準為名，行推銷內錐流量計（jì）為實的研討會，學（xué）習班，在這（zhè）些活動中，貶低（dī）標準（zhǔn）節流裝置，稱人們（men）應該及時勇於更新觀念，與傳統的落後的流（liú）量測量節流裝置告別，與時俱進地推廣（guǎng）采用新一代的流量測（cè）量（liàng）節流裝置（zhì），即內錐式流量測量節（jiē）流裝（zhuāng）置。V形內錐流量計（jì）是老一代孔板，噴嘴和文丘裏管的更新換代產品。

筆者認為內錐流量計做為新型差壓流量計自（zì）有其優缺點，它還是屬於非標準檢測件流量計（jì），與（yǔ）標準節流裝置差壓流量計比較要低一個檔次，它需經長期的試驗研究和應用實踐晉升為標準型，才（cái）能決定能（néng）否代替的問題，現在就宣稱是標準節流裝置的（de）更新換（huàn）代產品未免早了點，對流量行業貫徹新（xīn）標準隻能起幹擾作（zuò）用，沒有什麽實際好處。

ISO 5167新標準的重要性至少可舉出（chū）以下幾點：

1．ISO 5167新標準是一種經曆上百年流量檢測件的理論與實踐的總結，它反映現場流量測量對一部檢測件標準的內容有哪些要求，檢測件的發展應遵循哪些規律？例如首先檢測（cè）件的結構形狀和技術要求要標準化（huà），在標準中明確表示出來，這樣才能動員全社會的力量來進（jìn）行試（shì）驗研究，沒有標準（zhǔn）化僅僅依靠個別廠家或科（kē）研（yán）群體進行（háng）工作，不但拖延時日，還易產（chǎn）生數據的係統（tǒng）偏差而不易覺察；其次檢測件的流出（chū）係數（或（huò）儀表係數）需建立數據庫，由數據庫的數據擬合出（chū）流出係數計算式，它是（shì）標準的主要內容之一，數據庫的（de）數據由全社會來完成，這（zhè）樣可保證它（tā）是否（fǒu）真實可靠；第三，現場影響（xiǎng）量的試驗研究（jiū）是檢測件標準工作量最大，最（zuì）艱巨的一項長期性工作，它決定著檢測件應用範圍有多寬。

2．目前國內流量儀表的用量以標（biāo）準節流裝（zhuāng）置為檢測件的節流式差壓流量計仍居於首位，在天然氣和蒸汽這二種國民經濟最廣泛又重（chóng）要的能源計量中，此類儀表是主力儀表之一，這種狀況短期內是難於改變的，GB17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》規定天然氣和蒸汽（qì）流量計量（liàng）的準確度是強製性的，節（jiē）流式差壓流（liú）量計麵臨著嚴峻的挑戰，切實貫徹ISO 5167新標準是保證（zhèng）此項任務完成的有力措施。

3.由於各種複雜的原因，國（guó）內節流式差壓流量（liàng）計存在較多的問題，其應用水平不能令人（rén）滿意（yì），菠萝蜜视频在线观看應該借貫徹新標準這（zhè）股東風解決一些問題，可是現在（zài）受到前述的幹擾（rǎo），已經耽誤幾年時間，今後如何采取有力措施貫徹新標準，使此類（lèi）流量計能夠承擔它應承擔的任務，是計量部（bù）門和流量行業的一項（xiàng）艱巨任（rèn）務。

本文不（bú）擬對ISO 5167新標準作全麵介紹和評述，隻摘若幹問題作一（yī）探討（tǎo）。

二、確定流量標準裝置流量量值（zhí）的一（yī）種新方法

由於流量（liàng）是由基本量（長（zhǎng）度，質量，時間，溫度）綜合的導出量，它沒有實體的基準器，流量量值的一致性一直是一個老大難的問題。現在流量是在流量標準裝置上由基本量來綜合得出的裝置的量值（zhí）溯源應由靜態和（hé）動態溯源來完成，動態溯源（yuán）普遍的方法是進（jìn）行裝置比對，但是裝置比對是一（yī）種複（fù）雜繁瑣的工作，它實際上（shàng）限製了普遍的應用，例如國內眾（zhòng）多的流量（liàng）標準裝置一般隻（zhī）由計量部（bù）門靜態溯源。是否有一種簡（jiǎn）易的方法來確定裝置的流量量（liàng）值呢？孔板流量計的新成就提供了這種可能性。

2003年美國石油學會新的“石油測量標準手冊”第（dì）5章第7節“差壓式流量計測試協議”提出用一台孔（kǒng）板流量計裝設於裝置的（de）試驗管段進行全範圍流量測試（shì），流量測試點的標（biāo）準偏差與孔板流量計流出係數R—G公式的標準偏差在95%置信概（gài）率內相（xiàng）符合，它就證明該裝置（zhì）的流（liú）量量值已溯源到基（jī）本量，其理由（yóu）何在？這要從孔板流量（liàng）計流出係數R—G公式的由來（lái）說起（qǐ）。孔板流量計（jì）流出（chū）係數R—G公式是由（yóu）流出係數數據庫數據擬合而（ér）得，而數據庫數據是集合（hé）美國，歐洲最著名的11個流量實驗（yàn）室對孔板（bǎn）流量計（jì）的試驗得到（dào）的，這些（xiē）實驗室的流量量值溯源性不容置疑，因此流出係數（shù）R—G公式的流量量值（zhí）是已溯（sù）源的。上述孔板（bǎn）流量計節流裝置的結構形狀和技術要求要完全遵守標準的規（guī）定，它是R—G公式應用的必要前提，至今尚沒有任何一種流量計的檢測件具有這種功能，在（zài）需（xū）要可信的流量量（liàng）值的流量測量中孔板流量計將扮演著重要角色。

三．流動（dòng）調整（zhěng）器的作用

ISO 5167舊標準隻列舉流動調整器的若幹型式結構及尺寸，如何使用基本未涉及，ISO 5167新標準不（bú）但包括（kuò）舊（jiù）標準的全部流動調整器型式，還增加近（jìn）年（nián）開發的一些（xiē）新型（xíng）式，標準還列表詳細規定其使用方法，如孔板與19根管束（shù）流動（dòng）整（zhěng）直器（1998）間所允許（xǔ）直管段長度，流動調整（zhěng）器置於阻流（liú）件與節流件之間，其（qí）間距（jù）應符合規（guī）定，使用時（shí）若不遵守（shǒu）規定，反而（ér）可能成為幹（gàn）擾源，這點應特別注意。新標準增加流動調整器合格性（xìng）測試的內容，其意義甚為深遠，按照標準（zhǔn）規定隻（zhī）要完成合格性測（cè）試，任何類型流動調整器都可投用，這是給新型流（liú）動（dòng）調（diào）整（zhěng）器的開發提供一把鑰匙，對流動調（diào）整器的發展將產生（shēng）巨大的（de）促進作用。

流動調整器是提供一（yī）種規範化流場的（de）設備，它使流量計測量準（zhǔn）確度的可信度置於牢（láo）固的技（jì）術基（jī）礎（chǔ）上。目前標準常用的直管段長度的表列數據（jù）並不能保證流場規範化。其原因有二，一是標準（zhǔn）稱其直管段長度的試驗是（shì）在（zài）阻流件上遊安裝有很長的直管段得到的，亦（yì）即（jí）阻（zǔ）流件上遊應為充分發展管（guǎn）流及無旋轉流，但（dàn）是（shì）現場大多數情況是阻流件前並未達（dá）到如此規範的流場；二是（shì）表（biǎo）中所列阻流件類型其結構參數及管壁粗糙度並未詳細規定，一種（zhǒng）阻流件類型其結構參數及管壁粗糙度並未詳細規定，一種阻流件類型其結構參數及管壁粗糙度可能差異（yì）很大，應用同樣的（de）直（zhí）管段長度表明其數據有不確定性。現在許多新型流量計如（rú）超聲，渦街（jiē），渦輪等甚至把流動（dòng）調整器（qì）與（yǔ）儀表表體組合成為一體，成為（wéi）檢（jiǎn）測件的一部分，這些流動調（diào）整器（qì）已成為專利產品。

流動調整器是一把（bǎ）雙刃劍，它可（kě）使現場阻流件幹擾消（xiāo）除建立規範化流場，提高測量的可靠性，縮短必要的直管段長度等等，但是其負麵（miàn）影響為增（zēng）大壓損，易發生汙（wū）物堵塞，增加維護工作量，這些常（cháng）為（wéi）用戶所垢病。在流量計量日益進入“精細化”的時代，計量準確度的重要性甚至成為第一目標，例如昂貴的能源介質油，天然氣的計量，任何微小的測量差異都將（jiāng）帶來巨大（dà）的經濟矛盾，其它如科研實驗（yàn）流量計量的準確度是第一位的，近年（nián）流動調整器的研發成為國際流量界的熱點課題，其原因即在於此。至於其負麵影響確實應該重視（shì），尤其是（shì）節能降（jiàng）耗日益（yì）受重視的今天，流動調（diào）整器的應用更（gèng）應小心在意，國內有一股全盤否定其使用價值的潮流，筆者認為應該具（jù）體對象具體分析，一概否認並不（bú）合適。

四．關於孔板（bǎn）節流裝置直管段長（zhǎng）度規定的問題

ISO 5167新標準則頒布的時（shí）候，國內傳播著一種說法，新標準對孔板的直管段長度有全新和更長的要求，本來孔板的直管段要求現場已普遍不能滿足，這下更是雪上加（jiā）霜，無（wú）法應用了。

新（xīn）標準的孔板直管段長度規定到（dào）底發生了什麽變（biàn）化？用這種籠統的說法（fǎ）給人一種全部都加（jiā）長了無法應（yīng）用的感覺並不（bú）合適。筆者認為新標準對孔板和文丘裏管（guǎn）的直管段長度規定的新變化是新標準重要成果之一，它使標準更成熟了。

ISO 5167新標準中孔板和文丘裏管直管段長度（dù）規定的（de）重要意義有（yǒu）以下幾點：

1.解決了國際上長期以來（lái）孔板節流裝置直管段長（zhǎng）度規定的分歧，使全世界標準規定得到統一。眾所周知，在ISO 5167舊標準投票表決時美國投了反對票，其主要原因是AGA3號報告與ISO 5167中孔板直管段長（zhǎng）度規（guī）定的不一致。由（yóu）此ISO特別成立了ISO/TC28/SC5與ISO/TC30/SC2聯絡組來（lái）解決它，歐美在80年代進行大規模的孔板流量計試驗，它亦（yì）是起因（yīn）之一。標準中（zhōng）孔直管段（duàn）長度規定全世界統（tǒng）一很重要。現在跨（kuà）洲跨國輸送天然氣已是普遍現象，孔板流量計是天然氣流量計量的主力儀表，尤其是大口徑輸送管道，目前（qián）仍大部分采用孔板流量（liàng）計，計量的準確度成為（wéi）貿易交接（jiē）的主要技術指標，標準的不（bú）一致將造成很大麻煩。

2.新標（biāo）準孔板直（zhí）管段長度規定除繼承幾十年國際上積累的資料外，80~90年代新一輪的大規模孔板流（liú）量計試驗提供（gòng）質量上乘的新的數據，它反映當代（dài）流量檢測設備和數據處理技術，其質量是過去數據無法比擬（nǐ）的，可以說ISO 5167標準這方麵的內容在全部流量（liàng）標準中（zhōng）是最（zuì）先（xiān）進和成熟（shú）的，對其（qí）它標準的製訂有參照的作用。

3.比（bǐ）較新舊標準關於孔板直管（guǎn）段規定（dìng）的資料可看到以下差別：

1）新標準阻流件類型增多，由（yóu）7種增為12種（zhǒng）；結構細化，如同平麵和垂直平麵雙彎頭依據彎頭間距各分為二種，舊標（biāo）準垂直平麵雙彎頭隻有一種並沒說明彎頭的（de）間距，它取的數值相當於新標（biāo）準間距較短（duǎn）的一種，這樣其直管段長度非常（cháng）長，對於間距較大時是不必（bì）要的；

2）β值0.5以下新舊標準的長度（dù）基本一樣，舊標準有個別的還稍長些，β值0.6~0.75新標準比舊標（biāo）準（zhǔn）長得多，國（guó）內說長得多大概是指這一部分；

3）新標準一些阻流件（jiàn）名稱更確切些，例如漸縮管，漸擴（kuò）管，新（xīn）標準稱為同軸漸（jiàn）縮管，同軸漸擴（kuò）管（guǎn），舊標準全（quán）孔球閥或閘閥全開和（hé）球型（xíng）閥全開為兩種似有重複，新標準則隻列前麵（miàn）一種較為合理（lǐ）；

4）直管段長度是與測量準確度聯係在一起的，標準中分為（wéi）A，B二欄，B欄是在（zài）A欄的不確定度上再增加0.5%附加不確定度，而B欄的長度大部（bù）分隻（zhī）有A欄的50%或更短，如果（guǒ）把流出係數的不確定度從0.5%增為（wéi）1%，則前置直管（guǎn）段長度20D基本上可滿足全部（bù）β值（包括β=0.75）的要求，而（ér）若β≤0.50則10D基本可滿足要求，除（chú）空間雙彎頭（tóu）等幹擾最（zuì）嚴重的阻流件以外。

4.應該指出，直管段長度（dù）的（de）試驗是一項很複雜的工作，長期以來國際上一直存在數據的分歧，它是有深層次的技（jì）術原因的。

1）現場阻流件（jiàn）類型複雜多變，在（zài）實驗室裏難以複製（zhì），產生分歧的一個（gè）原因可能是結構（gòu）形狀及管壁粗糙度的差異引起的；

2）對流出係數（shù）偏差評定的不（bú）確（què）定度不一致，以前ISO 5167與（yǔ）AGA3號報告規定的長（zhǎng）度相差約一倍，AGA3號報告的（de）長度相當（dāng）於ISO 5167 B欄的長度，亦即兩（liǎng）者的不確定度一個為0.5%，另一（yī）個為1%；

3）ISO 5167稱其（qí）直管段長度是在阻流件上遊為充分發展管流和無旋轉流情況下進（jìn）行的試驗，其它研究者（zhě）遵守這個條件可能不一致。

新標（biāo）準對經典文丘裏管的直管段長度有（yǒu）較大的修訂，它是近年對（duì）此類節流裝置再進行（háng）細微試驗時發現的（de），國內傳（chuán）播內錐流量計前置直管段為0~3D，後置直管段為0~1D，沒有按阻流件類型細分，近（jìn）來印（yìn）度德（dé）裏工學院應用力學發（fā）表的關於內錐流量計受前置閘閥幹擾影響的報告大幅修（xiū）改其長度，認為如在β=0.77，L=5D閥開度大於25%時係數變化（huà）高（gāo）達8%，L=10D時亦有約1.7%的變化，這（zhè）說明一種類型檢測件的直管段長度規定的試驗（yàn）不是短（duǎn）期（qī）內可（kě）以下結論的。