ISO 5167:2003(E)《用差壓裝置測量液體流量（liàng）

一、前 言

ISO 5167:2003（E）（以下簡稱新標準）的頒布是節流裝置發（fā）展史上的第二個裏程碑，而第一個裏程碑是1980年頒布的第一部ISO 5167國際（jì）標準（以下（xià）簡稱舊標準）。二個裏程碑反映節流裝置發展的不同階段，它們在技術基礎及內容上（shàng）都有實（shí）質（zhì）性的重要變化。如何深入學習（xí）ISO 5167新標準，是我經常考慮的問（wèn）題，在不斷學習和體會中寫了這份學習劄記。

自2003年新標（biāo）準頒布後，國內有專（zhuān）家學者論述其內容及重要性（xìng），據稱曾舉辦過60~70次貫徹新標準的研討（tǎo）會，學習班，遺憾的（de）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（shì）以宣講ISO 5167新標準為名，行推銷內錐流量計（jì）為實的研討會，學習班，在這些活動中，貶低標準節流裝置，稱人們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（bié），與時俱進地推廣采用新一代的流量測量節流裝（zhuāng）置，即內（nèi）錐式（shì）流量測量節流裝置。V形內（nèi）錐流量計是老（lǎo）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有其優缺（quē）點，它（tā）還是屬於非標（biāo）準檢（jiǎn）測件流量（liàng）計，與（yǔ）標準節流裝置差壓流量（liàng）計（jì）比較（jiào）要低一個檔次，它需經長（zhǎng）期的試驗研究和（hé）應用實踐晉升為標準型，才能決定能否代替的（de）問題，現在就宣稱是（shì）標準節流裝置的更新換代產（chǎn）品未免早了（le）點，對流（liú）量行業貫徹新標準隻能起幹擾（rǎo）作用，沒有什麽實際好處。

ISO 5167新標準的重要性至少可舉出以下幾點：

1．ISO 5167新標準是（shì）一種經曆上百年流量檢測件的理論與實踐（jiàn）的總結，它反映現場流（liú）量測量對一部檢測（cè）件標準的內容有哪些要求，檢測件的發展應遵（zūn）循哪些規律？例如首先檢測件的結構形狀和技術要求要標準化，在標準中明（míng）確表示出來（lái），這樣才能（néng）動員全社（shè）會的（de）力量來進行試驗研究，沒有標準化僅僅依靠個別廠家或（huò）科研群體進行工作，不但拖延時日，還易產生數據的（de）係統偏差而不（bú）易覺察；其次檢測件的流出係數（或儀（yí）表係數）需建立數據庫，由數據庫的數據擬合出流出係數計算式，它是標準的主要內容之一，數據庫的數據由全社會來完成，這樣可保證（zhèng）它（tā）是否真（zhēn）實可靠；第三，現場影響量的試（shì）驗研究是檢測件標準工作量最大，最（zuì）艱巨的一（yī）項長期性工（gōng）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準節流裝置（zhì）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（fàn）又重要的能源計量中，此類儀表是主力儀表之一，這種狀況短期（qī）內是難於改變的，GB17167—2006《用能單位能源計（jì）量器具（jù）配備和管理通則》規定天然氣和蒸汽流量（liàng）計量的準確度是強製性的，節流式差（chà）壓流量計（jì）麵臨著（zhe）嚴峻的挑戰，切實貫徹ISO 5167新標準是保（bǎo）證此項任務完成的有力措施。

3.由於各種複雜的原因，國內節流式差壓流量計存（cún）在較多（duō）的問題（tí），其應用水平不能令人滿意，菠萝蜜视频在线观看應該借貫徹（chè）新標準這股東風（fēng）解決一些問題，可是現在（zài）受到前述的幹擾，已經耽誤幾年時間，今（jīn）後（hòu）如何采取有力措施（shī）貫徹新標準，使此類流量計能夠承擔它應承擔（dān）的任務，是計量部門和流量行業的一項艱巨任務。

本文不擬對ISO 5167新標準作（zuò）全麵介紹和評述，隻摘若幹問題作（zuò）一探討。

二、確定流量標準裝置流量量值的一種新方法

由於流量是由基本量（長（zhǎng）度，質（zhì）量，時間，溫度（dù））綜合（hé）的導出量，它沒有實體（tǐ）的（de）基準器，流量量值的一致（zhì）性一直是一個（gè）老大難的（de）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（zhì）的量值溯源應由靜態和動態溯源來完成，動態溯源（yuán）普遍的方法是進行裝置比對，但是裝置（zhì）比對是一種複雜繁瑣的（de）工作，它（tā）實際上限製了普（pǔ）遍的應用，例如國內眾多的流量標準裝置（zhì）一般隻由計量部門靜（jìng）態溯（sù）源。是否有一種簡易的方法來確定裝置的流量量值呢（ne）？孔板流量計的新成就提供了這種可能性。

2003年美國石油學（xué）會新（xīn）的“石油測量標準手冊”第5章第（dì）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（guǎn）段進行全範圍流量測試，流量測試點的（de）標準偏差與孔板流量計流出係數R—G公式的標準（zhǔn）偏差在95%置信概率內相符合，它（tā）就證（zhèng）明該裝置的流量量值已溯源到基本量，其理（lǐ）由何在？這要從孔板流量（liàng）計流出係數R—G公式的由來說起。孔板（bǎn）流量計流出係數R—G公式是由流出係數數據（jù）庫數據擬合而得，而數據庫數據是集合（hé）美國，歐洲最著名的11個流（liú）量實驗室對孔（kǒng）板流（liú）量計的試驗得到的，這（zhè）些（xiē）實驗室的流量量值溯源性不容置疑，因此流出係（xì）數R—G公式的流量量值是已溯源的。上述孔板流量計節流（liú）裝置的結構形狀和技術要求要完全遵守標準（zhǔn）的規（guī）定，它是R—G公式應用的必要前提，至今尚（shàng）沒有任何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量測量中（zhōng）孔板（bǎn）流量計將扮演著重要角色。

三．流動調整器的作用

ISO 5167舊標準隻列舉流動調整器的若幹型式結構及尺（chǐ）寸，如何使用基本未涉及，ISO 5167新標準不但（dàn）包括（kuò）舊標準的全部（bù）流動調整器型（xíng）式，還增加近年開發的一些新型式，標準還列表詳細規定其使用方法（fǎ），如孔板與19根（gēn）管束流動整直器（1998）間所允許直管段長（zhǎng）度，流動調整器置於（yú）阻（zǔ）流件與節流件之間，其間距應符合規定（dìng），使用時若不遵守（shǒu）規（guī）定，反而可能成為幹擾源，這（zhè）點應特別注意。新標準增加流動調整器合格性測試的（de）內容，其意義甚為深遠，按照標準規定隻要完成合格性測試（shì），任何類型（xíng）流動調整器都可投用，這是給新型流動調整器的開發提供一把鑰匙，對流動調整器（qì）的發展將產（chǎn）生巨大的促進作（zuò）用。

流動（dòng）調整器是提供一種（zhǒng）規範化流場的設備，它使流量計測量準確度（dù）的可信度置於牢固的技術基礎上。目前標準（zhǔn）常用的直管段長度的表列數據並不能保證（zhèng）流場規範化（huà）。其原因有（yǒu）二，一是（shì）標準（zhǔn）稱其直管段長（zhǎng）度的試驗是在阻流件上遊安裝有很長的直管（guǎn）段得到的，亦即阻流（liú）件上遊應為充分發展管流及無旋（xuán）轉（zhuǎn）流，但是現場大（dà）多數情況是阻流件（jiàn）前並未達到如此規範的流場；二是（shì）表中所列阻流（liú）件類型其結構參數及管壁粗糙度並未詳細（xì）規定（dìng），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（shù）及管壁粗糙度可（kě）能差異（yì）很（hěn）大，應用同樣的直管段長度表明其數據有不確定性。現在許多新型流量計如超聲，渦街，渦輪等甚（shèn）至把流動（dòng）調整（zhěng）器（qì）與儀表表（biǎo）體組（zǔ）合成為一體，成為檢測件的（de）一部分，這些流動調整器已成為專利產品。

流動調整器是一把雙刃劍（jiàn），它可（kě）使現場阻流件幹擾消除建立規（guī）範化流場，提高測量的可靠性，縮短必（bì）要（yào）的直管段長度等等，但（dàn）是其負麵影響（xiǎng）為增大壓損，易發生汙物堵塞，增（zēng）加維護工（gōng）作（zuò）量，這些常為用戶所垢病。在（zài）流量計量日益進入“精細化（huà）”的時代，計量準確度的重要性甚至成為第一目標，例如昂貴（guì）的能源介（jiè）質油，天然氣的計量，任何微小的測量差異都將帶來巨（jù）大的經濟矛盾，其它如科研實驗流量計量的準確度是第一位的，近年流動調整器（qì）的研（yán）發成為國際流量界的熱點課題，其原因即在於此。至於其負（fù）麵影響確實應該重視，尤其是節能降耗日益受重視的今天，流動調整器的（de）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（liú），筆者認為應該具體對象具體分析，一概否認並不合適。

四．關於孔板節流裝置直管段長度規定（dìng）的（de）問題

ISO 5167新標準則頒布的時候，國內（nèi）傳（chuán）播（bō）著一種說法，新標準對孔板的直管段長度有（yǒu）全新和更長的要求，本來孔板的（de）直管段要求現場（chǎng）已普遍不能滿足，這下更是（shì）雪上加霜（shuāng），無法應用了。

新標準的（de）孔板直管段長度（dù）規定到底發生了什（shí）麽變化？用這種籠統的說法給人一種全部都加長了無法（fǎ）應用的感覺並不合適。筆者認為新（xīn）標準對孔板和文丘裏管的直管段長度規定的新變化是新標準重要（yào）成果之一，它使標準（zhǔn）更成熟了。

ISO 5167新標準中孔板（bǎn）和文丘裏（lǐ）管（guǎn）直管段長度規定的重要意義有（yǒu）以（yǐ）下幾點：

1.解決了國際上長期以來孔板節（jiē）流裝置直管段長度（dù）規定的分歧，使全（quán）世界標準規定得到統一。眾（zhòng）所周知，在ISO 5167舊標準投票表決時美國投（tóu）了反對票，其主要（yào）原（yuán）因是AGA3號報告與ISO 5167中孔板直管段長度（dù）規定的不一致。由此ISO特別成立了ISO/TC28/SC5與ISO/TC30/SC2聯絡組（zǔ）來解決它，歐美在80年代（dài）進行大規模的孔板流量計試驗，它亦是起因之一。標準中孔直管段長度規定全世界統一很（hěn）重要。現在跨洲跨國輸送（sòng）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（biǎo），尤其（qí）是大口徑輸送管道，目前（qián）仍大部分采用孔板流量計，計（jì）量（liàng）的準確度成為貿易交接的主要技術指標，標準的不一致將（jiāng）造成很大麻煩。

2.新標準（zhǔn）孔板直管段（duàn）長度規定（dìng）除繼承幾十年國（guó）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新的數據，它反映（yìng）當（dāng）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，可以說ISO 5167標準這（zhè）方麵的內容在全部流量標準中是（shì）最先（xiān）進（jìn）和成熟的，對其它標準的製訂（dìng）有參照的作用。

3.比較新舊標準關於孔板（bǎn）直管（guǎn）段規定的資（zī）料可看到以下差別：

1）新標準阻流件（jiàn）類型增多，由7種增為12種；結構（gòu）細化，如同平麵和垂直平麵雙彎頭依據彎（wān）頭間距各分為二種，舊標準垂直平麵雙彎頭隻有一種並沒（méi）說明彎頭的間距，它取的數（shù）值相當於新標（biāo）準間（jiān）距較短的（de）一種，這樣其直管段長度非常長，對於間距較大（dà）時是不必要的；

2）β值（zhí）0.5以下新舊（jiù）標準的長度基本一樣，舊標準有個別的還稍長些，β值（zhí）0.6~0.75新標準比舊標準長（zhǎng）得（dé）多，國內說長（zhǎng）得多大概是指（zhǐ）這一部分；

3）新標準一些阻流（liú）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（kǒng）球閥或閘閥全開和球型閥全（quán）開為兩（liǎng）種似有重複，新標準則隻列前麵一種較（jiào）為合理；

4）直管段長度是與測量準確度聯係在一起（qǐ）的，標準中分為（wéi）A，B二欄，B欄是在A欄（lán）的不確定度上再增加（jiā）0.5%附加不確定度，而B欄的長度大部分隻有A欄的50%或更短，如果把（bǎ）流出係數的不確定度從0.5%增（zēng）為1%，則前置直管段長度20D基（jī）本上可（kě）滿足全部（bù）β值（zhí）（包括β=0.75）的要求（qiú），而若β≤0.50則（zé）10D基本可滿足要求，除空間（jiān）雙（shuāng）彎頭等幹擾最嚴重的阻（zǔ）流（liú）件（jiàn）以外。

4.應該指出，直管段（duàn）長度的試驗是一項很（hěn）複雜（zá）的工作，長期以來（lái）國際上一直存在數據的分歧（qí），它是有深層次的（de）技術原因（yīn）的。

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

2）對流出係數偏差（chà）評定的不確定度不一致，以前ISO 5167與（yǔ）AGA3號報告規（guī）定的長度相差約一倍，AGA3號報告的長度相當於ISO 5167 B欄的長度，亦即兩者的不（bú）確定度一個為0.5%，另一個（gè）為1%；

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

新標準（zhǔn）對經典文（wén）丘裏管的（de）直管段長度有較大的修訂，它是近年對此類（lèi）節（jiē）流裝置再進行細微試驗時發現的，國內傳播內錐流（liú）量計前置直管（guǎn）段為0~3D，後置直管段為0~1D，沒有按阻流件類型細分，近來印度德裏工學院（yuàn）應用力學發表的關於內錐流量計受前置閘閥幹擾影響（xiǎng）的報告大（dà）幅修改其長度，認為（wéi）如在β=0.77，L=5D閥開度大於25%時（shí）係數變化高達8%，L=10D時亦（yì）有約1.7%的變化，這說明（míng）一種類型檢（jiǎn）測件的直管段長度（dù）規定的（de）試驗不是短期內可以下結論的。