孔板流量计直管段长度规定的发展历程

　　随着科技不断进步，产品不断更新，热工仪表也在不断的更新换代。其中节流装置的种类更是多到让用户眼花缭乱，用户不知从何处下手选择节流装置的类型。今天西安华恒仪表厂家为广大用户带来了孔板流量计直管段长度规定的发展历程的文章。

　　概述

　　工艺管道的管配件，‘如弯头，异径管，阀门等称为阻流件，流体流经阻流件后会产生速度分布畸变，旋转流以及非定常流等，这些不正常流动使标准节流装置的流出系数偏离标准值，因为标准节流装置的流出系数是在充分发展管流，无旋转流以及定常流等的参比工作条件下试验确定的。阻流件干扰是现场应用时最普遍遇到的影响量，是产生测量附加误差的主要原因之一。孑Ｌ板流量计直管段长度规定就是针对阻流件干扰设定的抑制措施，节流装置的发展历史记录了人们对阻流件干扰抑制的大量试验研究。迄今，国际标准ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）总结了几十年来国际上对此课题的解决了此问题的一个标准。

　　美国气体协会（ＡＧＡ）３号报告参考文献记录了美国流量工作者１９２６年在天然气输气站上对孔板流量计进行过阻流件干扰试验，自此以后人们不问断地进行大量的试验研究，在国际标准ＩＳＯ５１６７第一版（１９８０）颁布之前，美国和欧洲各国国家标准或行业标准皆把节流装置必要的直管段长度规定作为标准的主要内容之一。国际标准化组织（ＩＳＯ）制订第一部节流装置国际标准时把各国的成果引入标准，期望直管段长度规定能在国际上取得一致，意料不到的是，做为国际标准主要起草国之一美国却对ＩＳＯ５１６７：１９８０投了反对票。在ＩＳ０５１６７：１９８０（第一版）前言中写道：

　　“美国基于技术上的理由不同意此文件，在本国标准制订期间，发现本国际标准与由ＩＳＯ／ＴＣ２８／ＳＣ５制订的同一主题的文件《轻碳化氢流体的流量》有分岐。已建立ＩＳ０／ＴＣ２８／ＳＣ５－－ＩＳＯ／ＴＣ３０／ＳＣ２联络组，联络组旨在消除两文件之间的差别，联络组工作完成时可能导致本国际标准的修订”。前言中所称的分岐就是孔板流量计直管段长度规定的差别，美国提交ＩＳＯ／ＴＣ２８／ＳＣ５的文件为ＡＧＡＮ０３，文件中直管段长度仅为ＩＳ０５１６７中的一半左右。联络组工作是促使国际上在２０世纪８０年代至９０年代对孔板流量计进行大规模试验研究（ＡＰＩ实验计划和ＥＥＣ实验计划）的起因之一。正是新一轮的孑Ｌ板流量计试验研究才奠定了ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）的技术基础，亦就消除了美国和欧洲在此问题上的分岐，现在ＩＳ０５１６７与ＡＧＡＮ０３（ＡＮＳＩＶＡＰｌ２５３０）中的直管段长度规定已基本上

　　１．现场阻流件类型复杂多变，在实验室里难以复制，对流量计特性的影响分析困难。

　　产生分岐的一个原因可能是由于结构上差异引起的，例如ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）把在垂直平面上两个或两个以上９０。弯头按两个弯头之间间距不同分为二种：Ｓ５Ｄ和３０ＤＳ５Ｄ，而ＩＳ０５１６７：１９８０却只归为一种（相当于Ｓ５Ｄ），因而其规定的长度对较大间距的就显得过长了。又如同样称为弯头，其结构形状及尺寸可能有较大差异（弯头的几何参数有：转角６，相对曲率半径ｒ／Ｄ，横截面相对扁度％／６０，进口面积和出口面积比值Ｅ／瓦等），这些参数的差异亦会影响试验的结果。

　　２．对流出系数偏差评定的不确定度不一致。

　　ＩＳ０５１６７与ＡＧＡＮ０３直管段长度规定相差约为一倍，实际上ＡＧＡＮ０３的规定与ＩＳ０５１６７中Ｂ栏（增加０．５％附加不确定度）相近，亦就是说，ＡＧＡＮ０３中的流出系数不确定度比ＩＳ０５１６７要高些，因而引起长度的差异。

　　３．据称ＩＳ０５１６７直管段长度的表列值是在阻流件上游安装有很长直管段得到的，即阻流件上游的流动已达到充分发展管流和无旋转流，不同的研究者，他们遵守这个条件可能是不一致的。

　　二．发展历史

　　孔板流量计直管段长度规定的发展历史可分为三个阶段：

　　１．２０世纪３０年代～７０年代；

　　２．２０世纪８０年代一９０年代；３．ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）的颁布。

　　（一）２０世纪３０年代一７０年代

　　节流装置国际标准制订之前，各国皆已制订有国家标准或行业规程。国际标准化组织（ＩＳＯ）还在１９６７年制订了一份国际建议Ｒ５４１。

　　现摘录此阶段若干有代表性手册与国家标准，国际建议的规定如下。

　　１．美国Ｆｏｘｂｏｒｏ公司节流装置设计手册（ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｆＦｌｏｗＭｅｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１９７８）。

　　２．ＢＳｌ０４２：１９６４

　　英国ＢＳｌ０４２：１９６４孔板流量计直管段长度规定如表１所示孔板流量计直管段长度规定历经８０余年终于由ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）获得统一，其特点可列举若干如下。

　　１．现场常见的典型阻流件结构类型增多与细化新标准与旧标准比较新增结构类型４种，同一类型结构细化了，如在同一平面上与在垂直平面上依据两个弯头之间间距的不同分为二种，并且指定为Ｓ形状（另一种为Ｕ形状）。

　　温度计套管只允许使用０．０３Ｄ，取消０．０３Ｄ～０．１３Ｄ一档。与旧标准比较在垂直平面上的规定更合理了。

　　２．推荐使用流动调整器

　　旧标准只列举流动调整器的若干型式，如何使用基本未涉及。新标准不但包括旧标准的全部型式，还增加近年出现的一些型式，标准详细规定流动调整器的使用方法（见表４）。

　　流动调整器置于阻流件与节流件之间，其间距应符合规定，使用时若不遵守规定，反而可能成为干扰源，这点要特别注意。

　　新标准增加流动调整器合格性测试的内容其意义甚为深远。按照标准规定只要通过合格性测试，任何类型流动调整器皆可投用，这是给新型流动调整器的开发提供一把钥匙，对流动调整器的发展将产生巨大的促进作用。现在许多新型流量计（如涡轮，涡街，超声等）把流动调整器与检测件组合制成一体，成为产品的一部分，它对消除推理式流量计测量准确度的不确定性是一种解决方法。

　　流动调整器是一把双刃剑，它可使现场阻流件干扰消除，缩短必要的直管段长度，使流量计的准确度的可信度提高，但是其负面影响增加压损，易产生脏污堵塞等常为用户所诟病，如何处理此矛盾今后仍需进行大量的试验研究予以克服。

　　３．阻流件串联使用应遵守的规则

　　在现场各类阻流件串联使用是一个普遍的问题，如何界定影响节流装置的阻流件是烦人的问题，例如在需要较长直管段长度的阻流件之间插入一种必要直管段长度较短的阻流件，如何估算需要的长度呢？新标准在这方面有比较明确的规定，并且举实例说明。
 

　　三．发展趋势

　　１．现场阻流件类型远超过标准中列举的，考虑到阻流件组合使用，可以说变化是无限的，过去采取实流试验来确定必要的直管段长度，不但耗费巨大的人力物力，冗长的时间亦等待不起。大量的非标准节流装置急需确定必要的直管段长度的规定，再用老办法显然远水不解近渴。

　　庆幸的是近年采用的ＣＦＤ技术（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）为解决此问题找到一条捷径。

　　计算流体力学（ＣＦＤ）是近代流体力学，数值数学和计算机科学相结合的产物，它应用离散化的数值方法，对流体力学的各类问题进行数值试验，计算机模拟和分析研究，它在一定程度上可以代替耗资巨大的流体力学实验设备，它是独立于理论与实验之外的一种科研活动。

　　近年国际流量学术会议此类论文数

　　采取加长直管段长度以抑制阻流件干扰是一种被动的解决方法，且不说长的直管段普遍办不到，是否真正达到规范化的流场仍存在许多不确定性因素，因为影响速度分布和旋转流等还与许多其它因素有关，例如管内壁的粗糙度，阻流件结构参数以及雷诺数等，采用流动调整器达到规范化的流场，仪表特性的不确定性亦就消除了，检测件测量准确度的可信度就置于牢固的技术基础上。

　　流动调整器负面影响的克服将伴随着此类器件开发的全过程，不能希望找到一劳永逸的办法，但是总可以找到利弊的平衡点。

　　相信通过以上孔板流量计直管段长度规定的发展历程的全部容，能够使大家有一个较为全面的认识，对选择合适的孔板流量计有所帮助。如有疑问，可以随时联系我们。