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）的頒布是節流裝置發展（zhǎn）史上的第二個裏程碑，而第一（yī）個裏程碑是（shì）1980年頒布的第一部ISO 5167國際標準（以（yǐ）下簡稱舊標準）。二個裏程碑反映節流裝置發展的不同階段，它（tā）們在技術基礎及內容上都有實質性的重要變化。如何深（shēn）入學習ISO 5167新（xīn）標準，是我（wǒ）經常考慮（lǜ）的問題，在不斷學習和體會中寫了這份學習劄記。

自2003年新標準頒布後，國內（nèi）有專家學者論（lùn）述其內容及重要性，據（jù）稱曾舉辦過60~70次貫徹新（xīn）標準的研討會（huì），學習班，遺憾的是這是以宣講ISO 5167新標準為名，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ISO 5167新標準為名，行推銷內錐流量計為實的研討會（huì），學習班，在這些（xiē）活動中，貶低標（biāo）準節流裝置，稱人們應該及時勇於更新觀（guān）念，與傳統的落後的流量測量節（jiē）流裝置告別，與時俱進地推廣采用新一代的流量測量節（jiē）流裝置，即內（nèi）錐式流量測量節流裝置。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（huàn）代產品。

筆者認為（wéi）內錐流量（liàng）計做（zuò）為新型差壓流量計自有其優（yōu）缺點，它（tā）還是屬（shǔ）於非標準檢測件流量計，與（yǔ）標準節流裝置差壓流量計比較要低（dī）一（yī）個檔次，它需經長期的試驗研究（jiū）和應用實踐晉升為標準型，才能決定能否代替的問題，現（xiàn）在就宣稱（chēng）是標準節流（liú）裝置的（de）更新換代產品未免早了點，對流量行業（yè）貫徹新標準隻能（néng）起幹擾作用，沒（méi）有什麽實際好處。

ISO 5167新標準的重要性（xìng）至少可舉出以下幾點：

1．ISO 5167新（xīn）標準是一種經曆上（shàng）百年流量檢測件的理論與（yǔ）實踐（jiàn）的總結，它反映現場流量測量對一（yī）部檢測件標（biāo）準的內容（róng）有哪（nǎ）些要求，檢測件的發展應遵循哪些規律（lǜ）？例如首先檢測件的結構形狀和技術要求要（yào）標準化，在標準中明確表示出（chū）來（lái），這樣才能動員全社會的力量來進行試驗研究，沒有（yǒu）標準化僅僅依靠個別廠家或科研群體進行工作，不但拖延時日（rì），還易產生數據的係統偏差（chà）而不易覺察；其次檢測件（jiàn）的流出係數（或儀表（biǎo）係數（shù））需建立數據庫，由數據（jù）庫的數據擬合出流出係數計算式，它是標準的主要內（nèi）容之一，數據庫的（de）數據由（yóu）全社（shè）會來（lái）完成，這樣可保證它是否真實可靠；第三（sān），現場影響量（liàng）的試驗研究是檢（jiǎn）測件標準工作量最大，最艱巨（jù）的一（yī）項長期性工作，它決定著檢測件應（yīng）用範圍有多寬。

2．目前國內流量儀表的用（yòng）量以（yǐ）標（biāo）準節流裝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（guǎng）泛又重要的能源計量（liàng）中，此類儀表是主（zhǔ）力儀表之一，這種（zhǒng）狀況短（duǎn）期內是難於改變的，GB17167—2006《用能單（dān）位能源計量器具配備和管理通則》規定（dìng）天然氣和蒸汽（qì）流量（liàng）計量的準確度是強製性的，節流式差壓流量計麵臨著嚴（yán）峻的挑戰，切實貫徹ISO 5167新標（biāo）準（zhǔn）是保證此（cǐ）項任（rèn）務完成的有力措（cuò）施。

3.由（yóu）於各種複雜的原因，國內節流式差壓流量計存（cún）在較多的問題，其應用水（shuǐ）平不能令人滿意（yì），菠萝蜜视频在线观看應該借貫徹新標準這股東風解決一些問題，可是現在受到前（qián）述的（de）幹擾，已經耽誤（wù）幾年時間，今後如何采取有力措施貫徹（chè）新標準，使此類（lèi）流量計能夠承（chéng）擔它應承擔的任務，是計量部門（mén）和流量行業的一項艱巨（jù）任務。

本文不擬（nǐ）對ISO 5167新標（biāo）準作全麵介紹和評述，隻摘若幹問題作一探討。

二、確定流量標準裝置流量量值的一種（zhǒng）新方法

由於流量是由基本量（長度，質量，時間（jiān），溫（wēn）度）綜合的導出量，它沒有實體的基準器，流（liú）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（zhǔn）裝置上由基本量來（lái）綜合得出的裝置的量值（zhí）溯源（yuán）應由靜態和動態溯源來完成，動態溯（sù）源普遍的方（fāng）法（fǎ）是進行裝置比（bǐ）對（duì），但是裝置比對是一種（zhǒng）複雜繁瑣的（de）工作，它實際上限製了普遍的應用（yòng），例如國內眾多的流量標準裝置一般隻由計量（liàng）部門靜態溯（sù）源。是（shì）否有一（yī）種（zhǒng）簡（jiǎn）易的方法來確定裝置的流量量值呢？孔板流量計（jì）的新成就提供了這種可能性。

2003年美（měi）國石油學會新的“石油測（cè）量標準手冊”第5章第7節“差壓式流量計測試協議”提出用一台孔板流量計裝設於裝置的試驗管段進行全範（fàn）圍流量測試，流量測試點的標準偏差與孔板流量（liàng）計流出係數（shù）R—G公式的標（biāo）準偏差在95%置信概率內相符合，它就證（zhèng）明該裝置的流量量值已溯源到基本量，其理由（yóu）何在？這要從孔板流量計流出係數R—G公式的由（yóu）來說起。孔板流量計流出係數（shù）R—G公式是由流出係（xì）數數據庫數（shù）據擬合而得，而數據庫數據是集合美國，歐洲最著名的11個流量實驗室對孔板流量（liàng）計的（de）試驗得到的，這些實驗室的（de）流（liú）量（liàng）量值溯源性不容置疑，因此流出係數R—G公式（shì）的流量量值是已溯源的。上述（shù）孔板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（de）規定，它是R—G公（gōng）式應用的必要前提，至今尚（shàng）沒有任何（hé）一種流量計的檢測件具有這種功能，在需要可信的流量量值的流（liú）量測量中孔板流量計將扮演（yǎn）著重要角色。

三．流動調整器的作用

ISO 5167舊標準隻列（liè）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新標準不但包括舊標準的全部流動調整（zhěng）器型式，還增加近（jìn）年開發的一些新型式，標準還列（liè）表詳細規定（dìng）其使用方法（fǎ），如（rú）孔板與19根管束流動整直（zhí）器（1998）間所允許直（zhí）管段長度，流動調整器置於阻流件與節流件之間，其間距應符（fú）合規定，使用時若不遵（zūn）守規定，反而可能成為幹擾源，這點應特別（bié）注意。新標準增加（jiā）流動調整器合格（gé）性測試的內容，其意義甚為深遠，按照標準規定隻要完成合格性測試，任何類型流動調整器都（dōu）可投用（yòng），這是給新型流動調整（zhěng）器的開發（fā）提供一把鑰匙，對流動調（diào）整器的發展將產生巨大的促進作用。

流動調整器是提供一種規（guī）範化流場的設備，它使流量計測量準確度的（de）可信度置於牢固的（de）技術基礎上。目前標準常用的直管（guǎn）段長度的表列（liè）數據並不能保證流場規範（fàn）化。其原因有二，一是標準稱其直管段長度的試驗是在阻流件上（shàng）遊安裝有很長的（de）直管段（duàn）得到（dào）的，亦即阻流件上遊應為充分發展管流及無旋轉流，但是現場大多（duō）數情況是阻流件前並未達到如（rú）此規（guī）範的流場；二是表中所列阻流件（jiàn）類型其結構參數（shù）及管壁粗糙度並未（wèi）詳細規定，一種阻（zǔ）流件類型其結構參數及（jí）管壁粗糙度並未詳（xiáng）細規定，一種阻流（liú）件類型其結構參數及管壁粗糙度可能差異很大（dà），應用同樣的直管段長度（dù）表明其數（shù）據有不確定（dìng）性。現在許多新（xīn）型（xíng）流量計如超（chāo）聲，渦街，渦輪等甚至把流動調整器與（yǔ）儀表表體組合成為一體，成為檢（jiǎn）測件的（de）一部分，這些流動調（diào）整（zhěng）器已成為專利產品。

流動調整器是一把雙刃劍，它可（kě）使現場阻流件幹擾消除建立規範化流（liú）場，提（tí）高測量的可靠性，縮短必要的直管段長度等等，但是其負麵影響為增大（dà）壓（yā）損（sǔn），易發生汙物堵塞，增加維護工作（zuò）量，這些（xiē）常為用戶所垢病。在（zài）流量計量日益進入“精細化”的（de）時代，計量準確度的（de）重（chóng）要性甚至成為第一目標，例如昂貴的能（néng）源介質油，天然氣的計量，任何微小的測量差異都將帶來巨大（dà）的經濟矛盾，其它如科研實驗流量（liàng）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（què）實應該重視，尤其是節能（néng）降耗日益受重視的今天，流（liú）動調整器的應用更應小心在意，國內有一股全盤否定其使用價值的潮流，筆者認為應該具體對象具體分（fèn）析，一概（gài）否（fǒu）認並不合適。

四．關於孔板節流裝置直管段長度規定的問題

ISO 5167新標準則頒布的時候，國內傳播著一種說法（fǎ），新標準對孔板的直管段長度有全新和更長的要求（qiú），本來孔板的直管段（duàn）要求現場已普遍不能滿（mǎn）足，這下更是雪上加霜，無法應用了。

新標準的孔板直管段（duàn）長度規定到（dào）底（dǐ）發生了什麽變化？用這種籠統的說法給人一種全部都加長了無法（fǎ）應用的感覺並（bìng）不合適。筆者（zhě）認為新標準對（duì）孔板和文丘裏管的直管段長度規定的新（xīn）變化是新標準重（chóng）要成果之一（yī），它使標準更成熟（shú）了。

ISO 5167新標準中孔（kǒng）板和文丘裏管直管段長（zhǎng）度規定的重要意（yì）義有以下（xià）幾點：

1.解決了國際上長（zhǎng）期以來孔板節流裝置直（zhí）管段長度規定的分歧，使（shǐ）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（bǎn）直管段長度規定的不一致。由此ISO特別成（chéng）立了ISO/TC28/SC5與ISO/TC30/SC2聯絡組來解決它，歐美在80年代進行大規模的孔板流量計試驗，它亦是起因之一。標準中孔直（zhí）管段長度規定全世界統一很重要。現（xiàn）在跨（kuà）洲跨（kuà）國輸（shū）送天然氣已是普遍現象（xiàng），孔板流量（liàng）計是天然氣流量計量的主力（lì）儀表，尤其是大口徑輸送管道（dào），目（mù）前仍大部分采用（yòng）孔板流量計，計量的準確度成為貿易（yì）交接的（de）主要技術指標（biāo），標準的不一致將造成很大麻煩。

2.新標準孔板（bǎn）直管段（duàn）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量計試驗提供質量上乘的（de）新的數據（jù），它反映當代流量檢測設備和數據處理技術（shù），其質量是過去數據無法比擬的（de），可以說ISO 5167標準這方麵的內容在全部流量標準中（zhōng）是最先進和成（chéng）熟（shú）的，對其它標準的製訂有參照的（de）作用。

3.比較新舊標準（zhǔn）關（guān）於孔板直管段規（guī）定的資料可看到以下差別：

1）新標準阻（zǔ）流（liú）件類型增多，由7種增為12種；結構細化，如同平（píng）麵（miàn）和垂直平麵雙彎頭依據彎頭間距各分為二種，舊標準垂直平麵雙彎頭隻有一種並沒說明彎頭的間距，它取的數值相當於新標準間距較短的一種，這樣其直管段長度非常長，對於間距較大時是不必要的；

2）β值0.5以下新舊標準的長（zhǎng）度基本一（yī）樣，舊標準有個別的還稍長些（xiē），β值0.6~0.75新標準比舊標準長得多，國內說長得多大概（gài）是指這一部分；

3）新標準一些阻流件名稱更（gèng）確切些，例如漸縮管，漸擴管，新標準稱為同軸漸縮管，同軸漸擴管，舊標準全孔球閥或閘閥全開和球型（xíng）閥全開為（wéi）兩種似有重複，新標準則隻列前麵一種較為合理；

4）直管段長度是（shì）與測量準確度聯係在一起的，標準中（zhōng）分（fèn）為A，B二欄，B欄是在A欄的不確（què）定度上（shàng）再增加0.5%附（fù）加不確定度，而B欄（lán）的長度大部分隻有A欄的50%或更（gèng）短，如果把流出係數（shù）的不確定度從0.5%增為（wéi）1%，則前置（zhì）直管段長度20D基本上（shàng）可滿足全部β值（包括β=0.75）的要求，而若β≤0.50則10D基本可滿足要求，除空間雙彎頭等幹擾最嚴重的阻流件（jiàn）以外。

4.應該指出，直管段長（zhǎng）度的試驗是一項很複雜的工作（zuò），長期（qī）以來國際上一直存在數據的分歧（qí），它（tā）是有深（shēn）層次的技（jì）術原因的。

1）現場阻流件類型複雜多變，在實驗室（shì）裏難以複製，產生分歧的一個原因可能是結構形（xíng）狀及管壁粗糙（cāo）度的差異引起的；

2）對流出係數（shù）偏差評定的不確定度不一致，以前（qián）ISO 5167與AGA3號（hào）報告規定的長度相差約一倍，AGA3號報（bào）告的長度相當於ISO 5167 B欄的長度，亦即兩者的不確定度一個（gè）為0.5%，另（lìng）一個（gè）為1%；

3）ISO 5167稱（chēng）其直（zhí）管段長度是在阻流件上遊為充分發展管流和（hé）無旋轉流情況下進行的試驗，其它研究者遵守這個條件可能不一致。

新標準對經典文丘裏管的直管段長度（dù）有較大的修訂，它是近年對（duì）此類節流裝置再進行細微試驗時發現的，國內傳播（bō）內錐流量計前置直管段為0~3D，後置（zhì）直管段為0~1D，沒有按阻流件類型細分，近來印度德裏工學院應用力學（xué）發表（biǎo）的（de）關於內錐流量計受前置閘閥（fá）幹擾影響的報告大幅（fú）修改其長度，認為如在β=0.77，L=5D閥開度大於25%時係數變化高達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（de）試驗不是短期內可以下結論（lùn）的。