一、前 言

ISO 5167:2003（E）（以下簡稱新標準）的頒布是節(jié)流裝置發(fā)展史上的第二個里程碑，而第一個里程碑是1980年頒布的第一部ISO 5167國際標準（以下簡稱舊標準）。二個里程碑反映節(jié)流裝置發(fā)展的不同階段，它們在技術(shù)基礎(chǔ)及內(nèi)容上都有實質(zhì)性的重要變化。如何深入學習ISO 5167新標準，是我經(jīng)常考慮的問題，在不斷學習和體會中寫了這份學習札記。

自2003年新標準頒布后，國內(nèi)有專家學者論述其內(nèi)容及重要性，據(jù)稱曾舉辦過60~70次貫徹新標準的研討會，學習班，遺憾的是這是以宣講ISO 5167新標準為名，行推銷內(nèi)錐流量計為實的研討會，學習班，遺憾的是這是以宣講ISO 5167新標準為名，行推銷內(nèi)錐流量計為實的研討會，學習班，在這些活動中，貶低標準節(jié)流裝置，稱人們應(yīng)該及時勇于更新觀念，與傳統(tǒng)的落后的流量測量節(jié)流裝置告別，與時俱進地推廣采用新一代的流量測量節(jié)流裝置，即內(nèi)錐式流量測量節(jié)流裝置。V形內(nèi)錐流量計是老一代孔板，噴嘴和文丘里管的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

筆者認為內(nèi)錐流量計做為新型差壓流量計自有其優(yōu)缺點，它還是屬于非標準檢測件流量計，與標準節(jié)流裝置差壓流量計比較要低一個檔次，它需經(jīng)長期的試驗研究和應(yīng)用實踐晉升為標準型，才能決定能否代替的問題，現(xiàn)在就宣稱是標準節(jié)流裝置的更新?lián)Q代產(chǎn)品未免早了點，對流量行業(yè)貫徹新標準只能起干擾作用，沒有什么實際好處。

ISO 5167新標準的重要性至少可舉出以下幾點：

1．ISO 5167新標準是一種經(jīng)歷上百年流量檢測件的理論與實踐的總結(jié)，它反映現(xiàn)場流量測量對一部檢測件標準的內(nèi)容有哪些要求，檢測件的發(fā)展應(yīng)遵循哪些規(guī)律？例如首先檢測件的結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)要求要標準化，在標準中明確表示出來，這樣才能動員全社會的力量來進行試驗研究，沒有標準化僅僅依靠個別廠家或科研群體進行工作，不但拖延時日，還易產(chǎn)生數(shù)據(jù)的系統(tǒng)偏差而不易覺察；其次檢測件的流出系數(shù)（或儀表系數(shù)）需建立數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)擬合出流出系數(shù)計算式，它是標準的主要內(nèi)容之一，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)由全社會來完成，這樣可保證它是否真實可靠；第三，現(xiàn)場影響量的試驗研究是檢測件標準工作量最大，最艱巨的一項長期性工作，它決定著檢測件應(yīng)用范圍有多寬。

2．目前國內(nèi)流量儀表的用量以標準節(jié)流裝置為檢測件的節(jié)流式差壓流量計仍居于首位，在天然氣和蒸汽這二種國民經(jīng)濟最廣泛又重要的能源計量中，此類儀表是主力儀表之一，這種狀況短期內(nèi)是難于改變的，GB17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》規(guī)定天然氣和蒸汽流量計量的準確度是強制性的，節(jié)流式差壓流量計面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，切實貫徹ISO 5167新標準是保證此項任務(wù)完成的有力措施。

3.由于各種復雜的原因，國內(nèi)節(jié)流式差壓流量計存在較多的問題，其應(yīng)用水平不能令人滿意，我們應(yīng)該借貫徹新標準這股東風解決一些問題，可是現(xiàn)在受到前述的干擾，已經(jīng)耽誤幾年時間，今后如何采取有力措施貫徹新標準，使此類流量計能夠承擔它應(yīng)承擔的任務(wù)，是計量部門和流量行業(yè)的一項艱巨任務(wù)。

本文不擬對ISO 5167新標準作全面介紹和評述，只摘若干問題作一探討。

二、確定流量標準裝置流量量值的一種新方法

由于流量是由基本量（長度，質(zhì)量，時間，溫度）綜合的導出量，它沒有實體的基準器，流量量值的一致性一直是一個老大難的問題。現(xiàn)在流量是在流量標準裝置上由基本量來綜合得出的裝置的量值溯源應(yīng)由靜態(tài)和動態(tài)溯源來完成，動態(tài)溯源普遍的方法是進行裝置比對，但是裝置比對是一種復雜繁瑣的工作，它實際上限制了普遍的應(yīng)用，例如國內(nèi)眾多的流量標準裝置一般只由計量部門靜態(tài)溯源。是否有一種簡易的方法來確定裝置的流量量值呢？孔板流量計的新成就提供了這種可能性。

2003年美國石油學會新的“石油測量標準手冊”第5章第7節(jié)“差壓式流量計測試協(xié)議”提出用一臺孔板流量計裝設(shè)于裝置的試驗管段進行全范圍流量測試，流量測試點的標準偏差與孔板流量計流出系數(shù)R—G公式的標準偏差在95%置信概率內(nèi)相符合，它就證明該裝置的流量量值已溯源到基本量，其理由何在？這要從孔板流量計流出系數(shù)R—G公式的由來說起。孔板流量計流出系數(shù)R—G公式是由流出系數(shù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)擬合而得，而數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是集合美國，歐洲最著名的11個流量實驗室對孔板流量計的試驗得到的，這些實驗室的流量量值溯源性不容置疑，因此流出系數(shù)R—G公式的流量量值是已溯源的。上述孔板流量計節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)要求要完全遵守標準的規(guī)定，它是R—G公式應(yīng)用的必要前提，至今尚沒有任何一種流量計的檢測件具有這種功能，在需要可信的流量量值的流量測量中孔板流量計將扮演著重要角色。

三．流動調(diào)整器的作用

ISO 5167舊標準只列舉流動調(diào)整器的若干型式結(jié)構(gòu)及尺寸，如何使用基本未涉及，ISO 5167新標準不但包括舊標準的全部流動調(diào)整器型式，還增加近年開發(fā)的一些新型式，標準還列表詳細規(guī)定其使用方法，如孔板與19根管束流動整直器（1998）間所允許直管段長度，流動調(diào)整器置于阻流件與節(jié)流件之間，其間距應(yīng)符合規(guī)定，使用時若不遵守規(guī)定，反而可能成為干擾源，這點應(yīng)特別注意。新標準增加流動調(diào)整器合格性測試的內(nèi)容，其意義甚為深遠，按照標準規(guī)定只要完成合格性測試，任何類型流動調(diào)整器都可投用，這是給新型流動調(diào)整器的開發(fā)提供一把鑰匙，對流動調(diào)整器的發(fā)展將產(chǎn)生巨大的促進作用。

流動調(diào)整器是提供一種規(guī)范化流場的設(shè)備，它使流量計測量準確度的可信度置于牢固的技術(shù)基礎(chǔ)上。目前標準常用的直管段長度的表列數(shù)據(jù)并不能保證流場規(guī)范化。其原因有二，一是標準稱其直管段長度的試驗是在阻流件上游安裝有很長的直管段得到的，亦即阻流件上游應(yīng)為充分發(fā)展管流及無旋轉(zhuǎn)流，但是現(xiàn)場大多數(shù)情況是阻流件前并未達到如此規(guī)范的流場；二是表中所列阻流件類型其結(jié)構(gòu)參數(shù)及管壁粗糙度并未詳細規(guī)定，一種阻流件類型其結(jié)構(gòu)參數(shù)及管壁粗糙度并未詳細規(guī)定，一種阻流件類型其結(jié)構(gòu)參數(shù)及管壁粗糙度可能差異很大，應(yīng)用同樣的直管段長度表明其數(shù)據(jù)有不確定性。現(xiàn)在許多新型流量計如超聲，渦街，渦輪等甚至把流動調(diào)整器與儀表表體組合成為一體，成為檢測件的一部分，這些流動調(diào)整器已成為專利產(chǎn)品。

流動調(diào)整器是一把雙刃劍，它可使現(xiàn)場阻流件干擾消除建立規(guī)范化流場，提高測量的可靠性，縮短必要的直管段長度等等，但是其負面影響為增大壓損，易發(fā)生污物堵塞，增加維護工作量，這些常為用戶所垢病。在流量計量日益進入“精細化”的時代，計量準確度的重要性甚至成為第一目標，例如昂貴的能源介質(zhì)油，天然氣的計量，任何微小的測量差異都將帶來巨大的經(jīng)濟矛盾，其它如科研實驗流量計量的準確度是第一位的，近年流動調(diào)整器的研發(fā)成為國際流量界的熱點課題，其原因即在于此。至于其負面影響確實應(yīng)該重視，尤其是節(jié)能降耗日益受重視的今天，流動調(diào)整器的應(yīng)用更應(yīng)小心在意，國內(nèi)有一股全盤否定其使用價值的潮流，筆者認為應(yīng)該具體對象具體分析，一概否認并不合適。

四．關(guān)于孔板節(jié)流裝置直管段長度規(guī)定的問題

ISO 5167新標準則頒布的時候，國內(nèi)傳播著一種說法，新標準對孔板的直管段長度有全新和更長的要求，本來孔板的直管段要求現(xiàn)場已普遍不能滿足，這下更是雪上加霜，無法應(yīng)用了。

新標準的孔板直管段長度規(guī)定到底發(fā)生了什么變化？用這種籠統(tǒng)的說法給人一種全部都加長了無法應(yīng)用的感覺并不合適。筆者認為新標準對孔板和文丘里管的直管段長度規(guī)定的新變化是新標準重要成果之一，它使標準更成熟了。

ISO 5167新標準中孔板和文丘里管直管段長度規(guī)定的重要意義有以下幾點：

1.解決了國際上長期以來孔板節(jié)流裝置直管段長度規(guī)定的分歧，使全世界標準規(guī)定得到統(tǒng)一。眾所周知，在ISO 5167舊標準投票表決時美國投了反對票，其主要原因是AGA3號報告與ISO 5167中孔板直管段長度規(guī)定的不一致。由此ISO特別成立了ISO/TC28/SC5與ISO/TC30/SC2聯(lián)絡(luò)組來解決它，歐美在80年代進行大規(guī)模的孔板流量計試驗，它亦是起因之一。標準中孔直管段長度規(guī)定全世界統(tǒng)一很重要。現(xiàn)在跨洲跨國輸送天然氣已是普遍現(xiàn)象，孔板流量計是天然氣流量計量的主力儀表，尤其是大口徑輸送管道，目前仍大部分采用孔板流量計，計量的準確度成為貿(mào)易交接的主要技術(shù)指標，標準的不一致將造成很大麻煩。

2.新標準孔板直管段長度規(guī)定除繼承幾十年國際上積累的資料外，80~90年代新一輪的大規(guī)模孔板流量計試驗提供質(zhì)量上乘的新的數(shù)據(jù)，它反映當代流量檢測設(shè)備和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，其質(zhì)量是過去數(shù)據(jù)無法比擬的，可以說ISO 5167標準這方面的內(nèi)容在全部流量標準中是最先進和成熟的，對其它標準的制訂有參照的作用。

3.比較新舊標準關(guān)于孔板直管段規(guī)定的資料可看到以下差別：

1）新標準阻流件類型增多，由7種增為12種；結(jié)構(gòu)細化，如同平面和垂直平面雙彎頭依據(jù)彎頭間距各分為二種，舊標準垂直平面雙彎頭只有一種并沒說明彎頭的間距，它取的數(shù)值相當于新標準間距較短的一種，這樣其直管段長度非常長，對于間距較大時是不必要的；

2）β值0.5以下新舊標準的長度基本一樣，舊標準有個別的還稍長些，β值0.6~0.75新標準比舊標準長得多，國內(nèi)說長得多大概是指這一部分；

3）新標準一些阻流件名稱更確切些，例如漸縮管，漸擴管，新標準稱為同軸漸縮管，同軸漸擴管，舊標準全孔球閥或閘閥全開和球型閥全開為兩種似有重復，新標準則只列前面一種較為合理；

4）直管段長度是與測量準確度聯(lián)系在一起的，標準中分為A，B二欄，B欄是在A欄的不確定度上再增加0.5%附加不確定度，而B欄的長度大部分只有A欄的50%或更短，如果把流出系數(shù)的不確定度從0.5%增為1%，則前置直管段長度20D基本上可滿足全部β值（包括β=0.75）的要求，而若β≤0.50則10D基本可滿足要求，除空間雙彎頭等干擾最嚴重的阻流件以外。

4.應(yīng)該指出，直管段長度的試驗是一項很復雜的工作，長期以來國際上一直存在數(shù)據(jù)的分歧，它是有深層次的技術(shù)原因的。

1）現(xiàn)場阻流件類型復雜多變，在實驗室里難以復制，產(chǎn)生分歧的一個原因可能是結(jié)構(gòu)形狀及管壁粗糙度的差異引起的；

2）對流出系數(shù)偏差評定的不確定度不一致，以前ISO 5167與AGA3號報告規(guī)定的長度相差約一倍，AGA3號報告的長度相當于ISO 5167 B欄的長度，亦即兩者的不確定度一個為0.5%，另一個為1%；

3）ISO 5167稱其直管段長度是在阻流件上游為充分發(fā)展管流和無旋轉(zhuǎn)流情況下進行的試驗，其它研究者遵守這個條件可能不一致。

新標準對經(jīng)典文丘里管的直管段長度有較大的修訂，它是近年對此類節(jié)流裝置再進行細微試驗時發(fā)現(xiàn)的，國內(nèi)傳播內(nèi)錐流量計前置直管段為0~3D，后置直管段為0~1D，沒有按阻流件類型細分，近來印度德里工學院應(yīng)用力學發(fā)表的關(guān)于內(nèi)錐流量計受前置閘閥干擾影響的報告大幅修改其長度，認為如在β=0.77，L=5D閥開度大于25%時系數(shù)變化高達8%，L=10D時亦有約1.7%的變化，這說明一種類型檢測件的直管段長度規(guī)定的試驗不是短期內(nèi)可以下結(jié)論的。