引言

國際標準化組織 ( ISO ) 第 30技術委員會 ( ISO /TC30) 封閉管道流體測量技術委員會 !自成立之日起( 1947年 )幾乎集中全部力量準備制訂一部節流裝置國際標準, 經過 30余年的努力, 終于在 1980年頒布第一部 節流 裝 置 國 際 標 準 ISO 5167 ( 1980 ), ISO 5167( 1980)正式頒布是節流裝置發展史上的第一個里程碑, 它總結了 20世紀 70年代以前節流裝置的試驗研究成果。在討論 ISO 5167 ( 1980)時, 國際流量界已意識到該標準的技術基礎存在許多問題, 因 此 在ISO 5167( 1980 )正式頒布時即宣布將對標準進行修訂, 一部標準在頒布之時宣布開始修訂似乎并無先例。標準存在的問題大致有: ? 試驗數據的陳舊性; # 標準中直管段長度規定存在問題; ? 標準中許多規定有欠科學性; %如何提高節流式差壓流量計的測量準確度問題等。這些問題只有依靠一次大規模的節流器裝置試驗研究才能解決。由此國際流量界進行一次大規模的孔板流量計研究試驗 ( API實驗計劃和 EEC 實驗計劃 )。 ISO 5167 2003( E )正式總結此最新研究成果提出的新標準, 它是節流裝置發展史上的第二個里程碑。

應該說, 目前 ISO 5167 2003( E )在全部流量測量的國際標準中已經相當成熟和完備了。但是從現場應用的角度要求看, 它還存在許多不足之處, 如抑制非充分發展管流干擾的阻流件類型尚待補充與細化, 而抑制非定常流干擾的辦法至今尚未納入標準中, 這些都有待今后繼續積累試驗研究成果以便對標準再進行修訂。

我國節流裝置國家標準 GB /T 262493是等效采用ISO5167( 1991) 《用差壓裝置測量流量》第一部分“安裝在充滿流體的圓形截面管道中的孔板, 噴嘴和文丘里管”的,該標準屬于修訂前的國際標準, 其內容仍依據舊的技術基礎, 因此對 GB /T 262413進行修訂已勢在必行。
目前國內已出現 ISO 5167 2003 ( E)的有關資料,并編纂出相應內容的節流裝置設計手冊, 反映了新標準急需對 GB /T 262493進行修訂。另外, 由于新標準的內容有許多實質性的重大變化, 考慮國家新標準頒布尚有一定時日, 需要及早對其內容進行介紹, 以在國家標準未修訂前減少現場應用的失誤。

1、 國內若干現狀

1.1 孔板流量計權威性依然存在

孔板流量計在各類流量計中是使用普遍、用量較大, 但又是對其不滿意見較多的一類流量計。國內有一股否定其使用價值的潮流, 可以不夸張地說, 孔板流量計正在經歷一場信任危機。反觀國外, 似乎未見類似的情況，相反地, 歷屆流量測量國際學術會議, 仍有此類流量計的研究試驗論文, 當然論文數目中, 一些新型流量計需探討的問題比較多, 而孔板流量計論文少則反映了其較成熟。在一些重要的計量領域, 例如天然氣流量測量, 它仍然是主力 儀表之一, 在高溫蒸汽流量測量領域可代替的儀表似乎不多。另外, 一個值得注意的現象,許多新型流量計的研究試驗數據常與孔板流量計的數據相對照未得到確認, 2003年 1月美國石油學會 (AP I)新的 《石油測量手冊》第 5章第 7節 &差壓式流量計測試協議 ?規定,用于試驗差壓流量計的流量標準裝置的動態溯源要使用孔板流量計作為傳遞標準。

1.2 孔板流量計受質疑的原因

為什么國內孔板流量計會淪落到如此地步呢? 以下為可能存在的幾方面原因。

1.2.1 加工制造的問題

孔板是一塊中間有圓孔的落板, 其結構形狀再簡單不過了, 現在任何一臺車床, 任何一位加工師傅都可輕而易舉地進行加工,現行節流裝置設計的使用方式為對號入座式, 其加工質量計量部門難以進行有效的檢驗和監督,因此國內孔板加工制造的質量令人擔憂, 說它達到粗制濫造的地步也不為過。作者不禁回憶起幾十年前的一件事, 20世紀 70年代上海工業自動化儀表研究所為了規范孔板的加工制造, 選擇國內當時最著名的 6家節流裝置生產廠, 請各廠派一位最優秀的加工師傅到上海, 在上海自動化儀表一廠同一車床上加工一塊同規格 ( DN 100)的標準孔板, 然后把 6塊孔板拿到水流量標準裝置上進行流出系數的測試, 其結果令大家大吃一驚, 6塊孔板的流出系數互相偏差竟超出標準規定的不確定范圍。此事證明孔板加工大有學問, 并不簡單。據后來研討說明加工質量與 刀具、進刀量 和潤滑劑等都有關, 當然主要決定于加工師傅的技術水平。

目前有一種說法, 孔板入口邊緣銳利度磨損、精度喪失、性能不穩定。加工再好有什么用? 孔板入口邊緣鈍化是孔板的本質缺陷, 從 20世紀30年代孔板結構形式標準化后, 國際流量界非常重視這個問題, 進行了大量的試驗研究, 在長期不屈不擾的努力下, 已取得豐碩成果, 可以說已基本上可以解決此問題, 現在的問題是使用者沒有采取必要的措施進行周期檢定, 甚至未利用有關資料進行估算補償。這里還要補充一句,當管徑 DN ( 250 mm 時, 鈍化的影響可以忽略不計。孔板入口邊緣鈍化的修正是基于孔板結構形狀及技術要求完全符合標準規定這個前提條件的, 如果孔板本身加工就不規范, 修正就無從談起。節流件加工是否符合標準規定還會影響到后續的安裝使用問題, 例如節流件偏心, 環室有臺階和取壓口位置和質量等許多是依靠公差配合來達到要求, 無法進行測量檢驗, 因此制造這一環節非常重要, 發生了偏差是難以補償的。

1.2.2 安裝使用的問題

安裝使用的標準化規定是 ISO 5167的核心內容之一， 新標準依據近十余年高質量的試驗研究對舊標準的內容進行修訂，尤其現場使用中的一些措施是舊標準所欠缺的， 因此貫徹標準中這方面的規定是保證測量高質量的基礎。

以下我們列舉國內一些常見的偏離標準的現象。標準定節流裝置上游側管道內徑 D 必須實測，其偏差不大于 0. 3% ，但是在設計及使用時采用公稱通徑作為內徑值是很普遍的。

孔板入口邊緣鈍化使流出系數偏移， 應進行估值修正，這是孔板周期檢定的一項必須要做的工作, 修正方法有精確的，亦有粗略的, 要視具體對象而定， 已有各種方法滿足不同層次的需要，可是這個工作到底有多少使用者在進行?

飽和水蒸汽為汽水兩相流， 當干度較低時 (水分含量大, 在供汽末端是常發生的 )， 超出標準允許的工作條件，應該采取一些措施來補救，如采用自動疏水器分離水分， 否則計量將產生較大的誤差, 在設計階段亦可采用氣液兩相流的流量計算式進行設計，使設計更接近實際流動模型以提高設計的準確度。目前這些問題仍然不被設計者及使用者重視，飽和水蒸汽流量測量誤差大是普遍存在的問題，這是不足為怪的。

標準節流裝置上游側管道內壁粗糙度有規定， 它是影響節流裝置出系數的一個重要因素，在長期使用時, 管道內壁侵蝕、積垢會改變其粗糙度， 應該由定期維護來解決，此項工作有多少使用者進行過？現場管道條件常出現直管段長度不足, 這是一個普遍的問題,應該指出，標準規定的直管長度要求分為二檔，短的要比長的增加 0. 5% 附加不確定度,而短的、長的相差約為一倍之多，對精度要求不高的對象縮短直管段長度而增加測量誤差是一種解決矛盾的辦法。

總之，在現場偏離標準并非個別現象，使用者應該掌握如何進行修正或估算的辦法，節流式差壓流量計積累這方面資料非常豐富，它是此類流量計實力較為雄厚的標志, 亦是流量計能夠廣泛使用的重要原因。

1.2.3 選型使用的問題

為適應現場流量測量的復雜情況, 已經發展了種類繁多的流量計品種， 針對具體的使用對象選擇合適的流量計是關系到應用能否成功的關鍵一環，所有流量計都應該用其所長避其所短才能充分發揮其特點，前面我們談到國內孔板流量計正在經歷一場信任危機，似乎對孔板流量計選型不當有很大關系。

早在 20世紀 70年代當時孔板流量計大量采用在工業生產過程中，大有 “包打天下之嫌”，當時容積式和浮子式僅少量使用于中小流量場合， 而新型流量計如渦輪、電磁、超聲、渦街等尚處于初期發展階段，現實情況迫使孔板流量計到處使用實屬無奈之舉。

現在情況已有根本改變，如果再不考慮孔板流量計哪些場合可用哪些場合不宜用，再一味責怪它似不太公平。這里我們舉一個實例，鋼鐵工業大口徑煤氣流量測量，長期以來一直采用標準孔板或圓缺孔板的差壓流量計，現場工作條件為阻流件類型復雜、直管段長度短、介質臟污腐蝕易堵塞等，皆是孔板流量計之短，使用效果差是必然的。近年選用一種插入式流量計。測管式流量計后情況有了好轉，說明選型的正確與否非常重要。

在節能降耗日益緊迫的今天，孔板流量計的高壓損缺引起強烈關注，國內已有人建議其使用口徑不宜超過 DN 200， 因為大口徑的能耗是一筆大數目，采用其它低壓損流量計代替是明智之舉。

待續~

本文摘自：《自動化儀表》第28卷增刊 2007年9月 作者：孫淮清 重慶工業自動化儀表研究所