引言

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ( ISO ) 第 30技術(shù)委員會 ( ISO /TC30) 封閉管道流體測量技術(shù)委員會 !自成立之日起( 1947年 )幾乎集中全部力量準(zhǔn)備制訂一部節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn), 經(jīng)過 30余年的努力, 終于在 1980年頒布第一部 節(jié)流 裝 置 國 際 標(biāo) 準(zhǔn) ISO 5167 ( 1980 ), ISO 5167( 1980)正式頒布是節(jié)流裝置發(fā)展史上的第一個里程碑, 它總結(jié)了 20世紀(jì) 70年代以前節(jié)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(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)存在許多問題, 因 此 在ISO 5167( 1980 )正式頒布時即宣布將對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂, 一部標(biāo)準(zhǔn)在頒布之時宣布開始修訂似乎并無先例。標(biāo)準(zhǔn)存在的問題大致有: ? 試驗數(shù)據(jù)的陳舊性; # 標(biāo)準(zhǔn)中直管段長度規(guī)定存在問題; ? 標(biāo)準(zhǔn)中許多規(guī)定有欠科學(xué)性; %如何提高節(jié)流式差壓流量計的測量準(zhǔn)確度問題等。這些問題只有依靠一次大規(guī)模的節(jié)流器裝置試驗研究才能解決。由此國際流量界進(jìn)行一次大規(guī)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(jié)此最新研究成果提出的新標(biāo)準(zhǔn), 它是節(jié)流裝置發(fā)展史上的第二個里程碑。

應(yīng)該說, 目前 ISO 5167 2003( E )在全部流量測量的國際標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)相當(dāng)成熟和完備了。但是從現(xiàn)場應(yīng)用的角度要求看, 它還存在許多不足之處, 如抑制非充分發(fā)展管流干擾的阻流件類型尚待補(bǔ)充與細(xì)化, 而抑制非定常流干擾的辦法至今尚未納入標(biāo)準(zhǔn)中, 這些都有待今后繼續(xù)積累試驗研究成果以便對標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行修訂。

我國節(jié)流裝置國家標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn)屬于修訂前的國際標(biāo)準(zhǔn), 其內(nèi)容仍依據(jù)舊的技術(shù)基礎(chǔ), 因此對 GB /T 262413進(jìn)行修訂已勢在必行。
目前國內(nèi)已出現(xiàn) ISO 5167 2003 ( E)的有關(guān)資料,并編纂出相應(yīng)內(nèi)容的節(jié)流裝置設(shè)計手冊, 反映了新標(biāo)準(zhǔn)急需對 GB /T 262493進(jìn)行修訂。另外, 由于新標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容有許多實質(zhì)性的重大變化, 考慮國家新標(biāo)準(zhǔn)頒布尚有一定時日, 需要及早對其內(nèi)容進(jìn)行介紹, 以在國家標(biāo)準(zhǔn)未修訂前減少現(xiàn)場應(yīng)用的失誤。

1、 國內(nèi)若干現(xiàn)狀

1.1 孔板流量計權(quán)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(nèi)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(jīng)歷一場信任危機(jī)。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(xué)術(shù)會議, 仍有此類流量計的研究試驗論文, 當(dāng)然論文數(shù)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(lǐng)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(lǐng)域可代替的儀表似乎不多。另外, 一個值得注意的現(xiàn)象,許多新型流量計的研究試驗數(shù)據(jù)常與孔板流量計的數(shù)據(jù)相對照未得到確認(rèn), 2003年 1月美國石油學(xué)會 (AP I)新的 《石油測量手冊》第 5章第 7節(jié) &差壓式流量計測試協(xié)議 ?規(guī)定,用于試驗差壓流量計的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的動態(tài)溯源要使用孔板流量計作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 孔板流量計受質(zhì)疑的原因

為什么國內(nèi)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(jié)構(gòu)形狀再簡單不過了, 現(xiàn)在任何一臺車床, 任何一位加工師傅都可輕而易舉地進(jìn)行加工,現(xiàn)行節(jié)流裝置設(shè)計的使用方式為對號入座式, 其加工質(zhì)量計量部門難以進(jìn)行有效的檢驗和監(jiān)督,因此國內(nèi)孔板加工制造的質(zhì)量令人擔(dān)憂, 說它達(dá)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(jì) 70年代上海工業(yè)自動化儀表研究所為了規(guī)范孔板的加工制造, 選擇國內(nèi)當(dāng)時最著名的 6家節(jié)流裝置生產(chǎn)廠, 請各廠派一位最優(yōu)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(guī)格 ( DN 100)的標(biāo)準(zhǔn)孔板, 然后把 6塊孔板拿到水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行流出系數(shù)的測試, 其結(jié)果令大家大吃一驚, 6塊孔板的流出系數(shù)互相偏差竟超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不確定范圍。此事證明孔板加工大有學(xué)問, 并不簡單。據(jù)后來研討說明加工質(zhì)量與 刀具、進(jìn)刀量 和潤滑劑等都有關(guān), 當(dāng)然主要決定于加工師傅的技術(shù)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(wěn)定。加工再好有什么用? 孔板入口邊緣鈍化是孔板的本質(zhì)缺陷, 從 20世紀(jì)30年代孔板結(jié)構(gòu)形式標(biāo)準(zhǔn)化后, 國際流量界非常重視這個問題, 進(jìn)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(xiàn)在的問題是使用者沒有采取必要的措施進(jìn)行周期檢定, 甚至未利用有關(guān)資料進(jìn)行估算補(bǔ)償。這里還要補(bǔ)充一句,當(dāng)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(jié)構(gòu)形狀及技術(shù)要求完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這個前提條件的, 如果孔板本身加工就不規(guī)范, 修正就無從談起。節(jié)流件加工是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定還會影響到后續(xù)的安裝使用問題, 例如節(jié)流件偏心, 環(huán)室有臺階和取壓口位置和質(zhì)量等許多是依靠公差配合來達(dá)到要求, 無法進(jìn)行測量檢驗, 因此制造這一環(huán)節(jié)非常重要, 發(fā)生了偏差是難以補(bǔ)償?shù)摹?/p>

1.2.2 安裝使用的問題

安裝使用的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定是 ISO 5167的核心內(nèi)容之一， 新標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)近十余年高質(zhì)量的試驗研究對舊標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行修訂，尤其現(xiàn)場使用中的一些措施是舊標(biāo)準(zhǔn)所欠缺的， 因此貫徹標(biāo)準(zhǔn)中這方面的規(guī)定是保證測量高質(zhì)量的基礎(chǔ)。

以下我們列舉國內(nèi)一些常見的偏離標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)定節(jié)流裝置上游側(cè)管道內(nèi)徑 D 必須實測，其偏差不大于 0. 3% ，但是在設(shè)計及使用時采用公稱通徑作為內(nèi)徑值是很普遍的。

孔板入口邊緣鈍化使流出系數(shù)偏移， 應(yīng)進(jìn)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(jìn)行?

飽和水蒸汽為汽水兩相流， 當(dāng)干度較低時 (水分含量大, 在供汽末端是常發(fā)生的 )， 超出標(biāo)準(zhǔn)允許的工作條件，應(yīng)該采取一些措施來補(bǔ)救，如采用自動疏水器分離水分， 否則計量將產(chǎn)生較大的誤差, 在設(shè)計階段亦可采用氣液兩相流的流量計算式進(jìn)行設(shè)計，使設(shè)計更接近實際流動模型以提高設(shè)計的準(zhǔn)確度。目前這些問題仍然不被設(shè)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置上游側(cè)管道內(nèi)壁粗糙度有規(guī)定， 它是影響節(jié)流裝置出系數(shù)的一個重要因素，在長期使用時, 管道內(nèi)壁侵蝕、積垢會改變其粗糙度， 應(yīng)該由定期維護(hù)來解決，此項工作有多少使用者進(jìn)行過？現(xiàn)場管道條件常出現(xiàn)直管段長度不足, 這是一個普遍的問題,應(yīng)該指出，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(xiàn)場偏離標(biāo)準(zhǔn)并非個別現(xiàn)象，使用者應(yīng)該掌握如何進(jìn)行修正或估算的辦法，節(jié)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(biāo)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(yīng)現(xiàn)場流量測量的復(fù)雜情況, 已經(jīng)發(fā)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(guān)系到應(yīng)用能否成功的關(guān)鍵一環(huán)，所有流量計都應(yīng)該用其所長避其所短才能充分發(fā)揮其特點，前面我們談到國內(nèi)孔板流量計正在經(jīng)歷一場信任危機(jī)，似乎對孔板流量計選型不當(dāng)有很大關(guān)系。

早在 20世紀(jì) 70年代當(dāng)時孔板流量計大量采用在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大有 “包打天下之嫌”，當(dāng)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(fā)展階段，現(xiàn)實情況迫使孔板流量計到處使用實屬無奈之舉。

現(xiàn)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(zé)怪它似不太公平。這里我們舉一個實例，鋼鐵工業(yè)大口徑煤氣流量測量，長期以來一直采用標(biāo)準(zhǔn)孔板或圓缺孔板的差壓流量計，現(xiàn)場工作條件為阻流件類型復(fù)雜、直管段長度短、介質(zhì)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(zhuǎn)，說明選型的正確與否非常重要。

在節(jié)能降耗日益緊迫的今天，孔板流量計的高壓損缺引起強(qiáng)烈關(guān)注，國內(nèi)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(shù)目，采用其它低壓損流量計代替是明智之舉。

待續(xù)~

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(yè)自動化儀表研究所