孔板流量計直管段長度規定的發展歷程

　　隨著科技不斷進步，產品不斷更新，熱工儀表也在不斷的更新換代。其中節流裝置的種類更是多到讓用戶眼花繚亂，用戶不知從何處下手選擇節流裝置的類型。今天西安華恒儀表廠家為廣大用戶帶來了孔板流量計直管段長度規定的發展歷程的文章。

　　概述

　　工藝管道的管配件，‘如彎頭，異徑管，閥門等稱為阻流件，流體流經阻流件后會產生速度分布畸變，旋轉流以及非定常流等，這些不正常流動使標準節流裝置的流出系數偏離標準值，因為標準節流裝置的流出系數是在充分發展管流，無旋轉流以及定常流等的參比工作條件下試驗確定的。阻流件干擾是現場應用時最普遍遇到的影響量，是產生測量附加誤差的主要原因之一。孑Ｌ板流量計直管段長度規定就是針對阻流件干擾設定的抑制措施，節流裝置的發展歷史記錄了人們對阻流件干擾抑制的大量試驗研究。迄今，國際標準ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）總結了幾十年來國際上對此課題的解決了此問題的一個標準。

　　美國氣體協會（ＡＧＡ）３號報告參考文獻記錄了美國流量工作者１９２６年在天然氣輸氣站上對孔板流量計進行過阻流件干擾試驗，自此以后人們不問斷地進行大量的試驗研究，在國際標準ＩＳＯ５１６７第一版（１９８０）頒布之前，美國和歐洲各國國家標準或行業標準皆把節流裝置必要的直管段長度規定作為標準的主要內容之一。國際標準化組織（ＩＳＯ）制訂第一部節流裝置國際標準時把各國的成果引入標準，期望直管段長度規定能在國際上取得一致，意料不到的是，做為國際標準主要起草國之一美國卻對ＩＳＯ５１６７：１９８０投了反對票。在ＩＳ０５１６７：１９８０（第一版）前言中寫道：

　　“美國基于技術上的理由不同意此文件，在本國標準制訂期間，發現本國際標準與由ＩＳＯ／ＴＣ２８／ＳＣ５制訂的同一主題的文件《輕碳化氫流體的流量》有分岐。已建立ＩＳ０／ＴＣ２８／ＳＣ５－－ＩＳＯ／ＴＣ３０／ＳＣ２聯絡組，聯絡組旨在消除兩文件之間的差別，聯絡組工作完成時可能導致本國際標準的修訂”。前言中所稱的分岐就是孔板流量計直管段長度規定的差別，美國提交ＩＳＯ／ＴＣ２８／ＳＣ５的文件為ＡＧＡＮ０３，文件中直管段長度僅為ＩＳ０５１６７中的一半左右。聯絡組工作是促使國際上在２０世紀８０年代至９０年代對孔板流量計進行大規模試驗研究（ＡＰＩ實驗計劃和ＥＥＣ實驗計劃）的起因之一。正是新一輪的孑Ｌ板流量計試驗研究才奠定了ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）的技術基礎，亦就消除了美國和歐洲在此問題上的分岐，現在ＩＳ０５１６７與ＡＧＡＮ０３（ＡＮＳＩＶＡＰｌ２５３０）中的直管段長度規定已基本上

　?。保F場阻流件類型復雜多變，在實驗室里難以復制，對流量計特性的影響分析困難。

　　產生分岐的一個原因可能是由于結構上差異引起的，例如ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）把在垂直平面上兩個或兩個以上９０。彎頭按兩個彎頭之間間距不同分為二種：Ｓ５Ｄ和３０ＤＳ５Ｄ，而ＩＳ０５１６７：１９８０卻只歸為一種（相當于Ｓ５Ｄ），因而其規定的長度對較大間距的就顯得過長了。又如同樣稱為彎頭，其結構形狀及尺寸可能有較大差異（彎頭的幾何參數有：轉角６，相對曲率半徑ｒ／Ｄ，橫截面相對扁度％／６０，進口面積和出口面積比值Ｅ／瓦等），這些參數的差異亦會影響試驗的結果。

　?。玻畬α鞒鱿禂灯钤u定的不確定度不一致。

　?。桑樱埃担保叮放cＡＧＡＮ０３直管段長度規定相差約為一倍，實際上ＡＧＡＮ０３的規定與ＩＳ０５１６７中Ｂ欄（增加０．５％附加不確定度）相近，亦就是說，ＡＧＡＮ０３中的流出系數不確定度比ＩＳ０５１６７要高些，因而引起長度的差異。

　?。常畵QＩＳ０５１６７直管段長度的表列值是在阻流件上游安裝有很長直管段得到的，即阻流件上游的流動已達到充分發展管流和無旋轉流，不同的研究者，他們遵守這個條件可能是不一致的。

　　二．發展歷史

　　孔板流量計直管段長度規定的發展歷史可分為三個階段：

　?。保玻笆兰o３０年代～７０年代；

　?。玻玻笆兰o８０年代一９０年代；３．ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）的頒布。

　?。ㄒ唬玻笆兰o３０年代一７０年代

　　節流裝置國際標準制訂之前，各國皆已制訂有國家標準或行業規程。國際標準化組織（ＩＳＯ）還在１９６７年制訂了一份國際建議Ｒ５４１。

　　現摘錄此階段若干有代表性手冊與國家標準，國際建議的規定如下。

　?。保绹疲铮猓铮颍锕竟澚餮b置設計手冊（ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｆＦｌｏｗＭｅｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１９７８）。

　?。玻拢樱欤埃矗玻海保梗叮?/span>

　　英國ＢＳｌ０４２：１９６４孔板流量計直管段長度規定如表１所示孔板流量計直管段長度規定歷經８０余年終于由ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）獲得統一，其特點可列舉若干如下。

　?。保F場常見的典型阻流件結構類型增多與細化新標準與舊標準比較新增結構類型４種，同一類型結構細化了，如在同一平面上與在垂直平面上依據兩個彎頭之間間距的不同分為二種，并且指定為Ｓ形狀（另一種為Ｕ形狀）。

　　溫度計套管只允許使用０．０３Ｄ，取消０．０３Ｄ～０．１３Ｄ一檔。與舊標準比較在垂直平面上的規定更合理了。

　?。玻扑]使用流動調整器

　　舊標準只列舉流動調整器的若干型式，如何使用基本未涉及。新標準不但包括舊標準的全部型式，還增加近年出現的一些型式，標準詳細規定流動調整器的使用方法（見表４）。

　　流動調整器置于阻流件與節流件之間，其間距應符合規定，使用時若不遵守規定，反而可能成為干擾源，這點要特別注意。

　　新標準增加流動調整器合格性測試的內容其意義甚為深遠。按照標準規定只要通過合格性測試，任何類型流動調整器皆可投用，這是給新型流動調整器的開發提供一把鑰匙，對流動調整器的發展將產生巨大的促進作用?，F在許多新型流量計（如渦輪，渦街，超聲等）把流動調整器與檢測件組合制成一體，成為產品的一部分，它對消除推理式流量計測量準確度的不確定性是一種解決方法。

　　流動調整器是一把雙刃劍，它可使現場阻流件干擾消除，縮短必要的直管段長度，使流量計的準確度的可信度提高，但是其負面影響增加壓損，易產生臟污堵塞等常為用戶所詬病，如何處理此矛盾今后仍需進行大量的試驗研究予以克服。

　?。常枇骷撌褂脩袷氐囊巹t

　　在現場各類阻流件串聯使用是一個普遍的問題，如何界定影響節流裝置的阻流件是煩人的問題，例如在需要較長直管段長度的阻流件之間插入一種必要直管段長度較短的阻流件，如何估算需要的長度呢？新標準在這方面有比較明確的規定，并且舉實例說明。
 

　　三．發展趨勢

　?。保F場阻流件類型遠超過標準中列舉的，考慮到阻流件組合使用，可以說變化是無限的，過去采取實流試驗來確定必要的直管段長度，不但耗費巨大的人力物力，冗長的時間亦等待不起。大量的非標準節流裝置急需確定必要的直管段長度的規定，再用老辦法顯然遠水不解近渴。

　　慶幸的是近年采用的ＣＦＤ技術（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）為解決此問題找到一條捷徑。

　　計算流體力學（ＣＦＤ）是近代流體力學，數值數學和計算機科學相結合的產物，它應用離散化的數值方法，對流體力學的各類問題進行數值試驗，計算機模擬和分析研究，它在一定程度上可以代替耗資巨大的流體力學實驗設備，它是獨立于理論與實驗之外的一種科研活動。

　　近年國際流量學術會議此類論文數

　　采取加長直管段長度以抑制阻流件干擾是一種被動的解決方法，且不說長的直管段普遍辦不到，是否真正達到規范化的流場仍存在許多不確定性因素，因為影響速度分布和旋轉流等還與許多其它因素有關，例如管內壁的粗糙度，阻流件結構參數以及雷諾數等，采用流動調整器達到規范化的流場，儀表特性的不確定性亦就消除了，檢測件測量準確度的可信度就置于牢固的技術基礎上。

　　流動調整器負面影響的克服將伴隨著此類器件開發的全過程，不能希望找到一勞永逸的辦法，但是總可以找到利弊的平衡點。

　　相信通過以上孔板流量計直管段長度規定的發展歷程的全部容，能夠使大家有一個較為全面的認識，對選擇合適的孔板流量計有所幫助。如有疑問，可以隨時聯系我們。