引言

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ( ISO ) 第 30技術(shù)委員會(huì) ( ISO /TC30) 封閉管道流體測量技術(shù)委員會(huì) !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(gè)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(yàn)研究成果。在討論 ISO 5167 ( 1980)時(shí), 國際流量界已意識(shí)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(shí)即宣布將對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂, 一部標(biāo)準(zhǔn)在頒布之時(shí)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(yàn)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(jì)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(yàn)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(jì)研究試驗(yàn) ( API實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和 EEC 實(shí)驗(yàn)計(jì)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(gè)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(yàn)研究成果以便對(duì)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(duì) GB /T 262413進(jìn)行修訂已勢(shì)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(jì)手冊(cè), 反映了新標(biāo)準(zhǔn)急需對(duì) 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(shí)質(zhì)性的重大變化, 考慮國家新標(biāo)準(zhǔn)頒布尚有一定時(shí)日, 需要及早對(duì)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(jì)權(quán)威性依然存在

孔板流量計(jì)在各類流量計(jì)中是使用普遍、用量較大, 但又是對(duì)其不滿意見較多的一類流量計(jì)。國內(nèi)有一股否定其使用價(jià)值的潮流, 可以不夸張地說, 孔板流量計(jì)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(huì)議, 仍有此類流量計(jì)的研究試驗(yàn)論文, 當(dāng)然論文數(shù)目中, 一些新型流量計(jì)需探討的問題比較多, 而孔板流量計(jì)論文少則反映了其較成熟。在一些重要的計(jì)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(gè)值得注意的現(xiàn)象,許多新型流量計(jì)的研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)常與孔板流量計(jì)的數(shù)據(jù)相對(duì)照未得到確認(rèn), 2003年 1月美國石油學(xué)會(huì) (AP I)新的 《石油測量手冊(cè)》第 5章第 7節(jié) &差壓式流量計(jì)測試協(xié)議 ?規(guī)定,用于試驗(yàn)差壓流量計(jì)的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的動(dòng)態(tài)溯源要使用孔板流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 孔板流量計(jì)受質(zhì)疑的原因

為什么國內(nèi)孔板流量計(jì)會(huì)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(tái)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(jì)的使用方式為對(duì)號(hào)入座式, 其加工質(zhì)量計(jì)量部門難以進(jìn)行有效的檢驗(yàn)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(dòng)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(shí)最著名的 6家節(jié)流裝置生產(chǎn)廠, 請(qǐng)各廠派一位最優(yōu)秀的加工師傅到上海, 在上海自動(dòng)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(gè)問題, 進(jìn)行了大量的試驗(yàn)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(shí), 鈍化的影響可以忽略不計(jì)?？装迦肟谶吘夆g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(gè)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(huì)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(tái)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(yàn), 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(yàn)研究對(duì)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(shí)測，其偏差不大于 0. 3% ，但是在設(shè)計(jì)及使用時(shí)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(xiàng)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(duì)象而定， 已有各種方法滿足不同層次的需要，可是這個(gè)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(shí) (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(dòng)疏水器分離水分， 否則計(jì)量將產(chǎn)生較大的誤差, 在設(shè)計(jì)階段亦可采用氣液兩相流的流量計(jì)算式進(jìn)行設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更接近實(shí)際流動(dòng)模型以提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度。目前這些問題仍然不被設(shè)計(jì)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(gè)重要因素，在長期使用時(shí), 管道內(nèi)壁侵蝕、積垢會(huì)改變其粗糙度， 應(yīng)該由定期維護(hù)來解決，此項(xiàng)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(gè)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(duì)精度要求不高的對(duì)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(gè)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(jì)積累這方面資料非常豐富，它是此類流量計(jì)實(shí)力較為雄厚的標(biāo)志, 亦是流量計(jì)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(jì)品種， 針對(duì)具體的使用對(duì)象選擇合適的流量計(jì)是關(guān)系到應(yīng)用能否成功的關(guān)鍵一環(huán)，所有流量計(jì)都應(yīng)該用其所長避其所短才能充分發(fā)揮其特點(diǎn)，前面我們談到國內(nèi)孔板流量計(jì)正在經(jīng)歷一場信任危機(jī)，似乎對(duì)孔板流量計(jì)選型不當(dāng)有很大關(guān)系。

早在 20世紀(jì) 70年代當(dāng)時(shí)孔板流量計(jì)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(shí)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(jì)如渦輪、電磁、超聲、渦街等尚處于初期發(fā)展階段，現(xiàn)實(shí)情況迫使孔板流量計(jì)到處使用實(shí)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(jì)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(gè)實(shí)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(jì)，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(jì)之短，使用效果差是必然的。近年選用一種插入式流量計(jì)。測管式流量計(jì)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(jì)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?yàn)榇罂趶降哪芎氖且还P大數(shù)目，采用其它低壓損流量計(jì)代替是明智之舉。

待續(xù)~

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