一、前 言

ISO 5167:2003（E）（以下簡稱新標(biāo)準(zhǔn)）的頒布是節(jié)流裝置發(fā)展史上的第二個(gè)里程碑，而第一個(gè)里程碑是1980年頒布的第一部ISO 5167國際標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱舊標(biāo)準(zhǔn)）。二個(gè)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(shí)質(zhì)性的重要變化。如何深入學(xué)習(xí)ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)，是我經(jīng)常考慮的問題，在不斷學(xué)習(xí)和體會中寫了這份學(xué)習(xí)札記。

自2003年新標(biāo)準(zhǔn)頒布后，國內(nèi)有專家學(xué)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(biāo)準(zhǔn)的研討會，學(xué)習(xí)班，遺憾的是這是以宣講ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)為名，行推銷內(nèi)錐流量計(jì)為實(shí)的研討會，學(xué)習(xí)班，遺憾的是這是以宣講ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)為名，行推銷內(nèi)錐流量計(jì)為實(shí)的研討會，學(xué)習(xí)班，在這些活動中，貶低標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，稱人們應(yīng)該及時(shí)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(shí)俱進(jìn)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(jì)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(rèn)為內(nèi)錐流量計(jì)做為新型差壓流量計(jì)自有其優(yōu)缺點(diǎn)，它還是屬于非標(biāo)準(zhǔn)檢測件流量計(jì)，與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置差壓流量計(jì)比較要低一個(gè)檔次，它需經(jīng)長期的試驗(yàn)研究和應(yīng)用實(shí)踐晉升為標(biāo)準(zhǔn)型，才能決定能否代替的問題，現(xiàn)在就宣稱是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的更新?lián)Q代產(chǎn)品未免早了點(diǎn)，對流量行業(yè)貫徹新標(biāo)準(zhǔn)只能起干擾作用，沒有什么實(shí)際好處。

ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)的重要性至少可舉出以下幾點(diǎn)：

1．ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)是一種經(jīng)歷上百年流量檢測件的理論與實(shí)踐的總結(jié)，它反映現(xiàn)場流量測量對一部檢測件標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化，在標(biāo)準(zhǔn)中明確表示出來，這樣才能動員全社會的力量來進(jìn)行試驗(yàn)研究，沒有標(biāo)準(zhǔn)化僅僅依靠個(gè)別廠家或科研群體進(jìn)行工作，不但拖延時(shí)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(jì)算式，它是標(biāo)準(zhǔn)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(shí)可靠；第三，現(xiàn)場影響量的試驗(yàn)研究是檢測件標(biāo)準(zhǔn)工作量最大，最艱巨的一項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置為檢測件的節(jié)流式差壓流量計(jì)仍居于首位，在天然氣和蒸汽這二種國民經(jīng)濟(jì)最廣泛又重要的能源計(jì)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(jì)量器具配備和管理通則》規(guī)定天然氣和蒸汽流量計(jì)量的準(zhǔn)確度是強(qiáng)制性的，節(jié)流式差壓流量計(jì)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，切實(shí)貫徹ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)是保證此項(xiàng)任務(wù)完成的有力措施。

3.由于各種復(fù)雜的原因，國內(nèi)節(jié)流式差壓流量計(jì)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(biāo)準(zhǔn)這股東風(fēng)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(shí)間，今后如何采取有力措施貫徹新標(biāo)準(zhǔn)，使此類流量計(jì)能夠承擔(dān)它應(yīng)承擔(dān)的任務(wù)，是計(jì)量部門和流量行業(yè)的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。

本文不擬對ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)作全面介紹和評述，只摘若干問題作一探討。

二、確定流量標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間，溫度）綜合的導(dǎo)出量，它沒有實(shí)體的基準(zhǔn)器，流量量值的一致性一直是一個(gè)老大難的問題。現(xiàn)在流量是在流量標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行裝置比對，但是裝置比對是一種復(fù)雜繁瑣的工作，它實(shí)際上限制了普遍的應(yīng)用，例如國內(nèi)眾多的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置一般只由計(jì)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(jì)的新成就提供了這種可能性。

2003年美國石油學(xué)會新的“石油測量標(biāo)準(zhǔn)手冊”第5章第7節(jié)“差壓式流量計(jì)測試協(xié)議”提出用一臺孔板流量計(jì)裝設(shè)于裝置的試驗(yàn)管段進(jìn)行全范圍流量測試，流量測試點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差與孔板流量計(jì)流出系數(shù)R—G公式的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)流出系數(shù)R—G公式的由來說起。孔板流量計(jì)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(gè)流量實(shí)驗(yàn)室對孔板流量計(jì)的試驗(yàn)得到的，這些實(shí)驗(yàn)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(jì)節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)要求要完全遵守標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(jì)將扮演著重要角色。

三．流動調(diào)整器的作用

ISO 5167舊標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不但包括舊標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)還列表詳細(xì)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(shí)若不遵守規(guī)定，反而可能成為干擾源，這點(diǎn)應(yīng)特別注意。新標(biāo)準(zhǔn)增加流動調(diào)整器合格性測試的內(nèi)容，其意義甚為深遠(yuǎn)，按照標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jì)測量準(zhǔn)確度的可信度置于牢固的技術(shù)基礎(chǔ)上。目前標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)稱其直管段長度的試驗(yàn)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(dá)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(xì)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(xì)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(jì)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(fù)面影響為增大壓損，易發(fā)生污物堵塞，增加維護(hù)工作量，這些常為用戶所垢病。在流量計(jì)量日益進(jìn)入“精細(xì)化”的時(shí)代，計(jì)量準(zhǔn)確度的重要性甚至成為第一目標(biāo)，例如昂貴的能源介質(zhì)油，天然氣的計(jì)量，任何微小的測量差異都將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)矛盾，其它如科研實(shí)驗(yàn)流量計(jì)量的準(zhǔn)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(diǎn)課題，其原因即在于此。至于其負(fù)面影響確實(shí)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(jià)值的潮流，筆者認(rèn)為應(yīng)該具體對象具體分析，一概否認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)則頒布的時(shí)候，國內(nèi)傳播著一種說法，新標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(rèn)為新標(biāo)準(zhǔn)對孔板和文丘里管的直管段長度規(guī)定的新變化是新標(biāo)準(zhǔn)重要成果之一，它使標(biāo)準(zhǔn)更成熟了。

ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)：

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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定得到統(tǒng)一。眾所周知，在ISO 5167舊標(biāo)準(zhǔn)投票表決時(shí)美國投了反對票，其主要原因是AGA3號報(bào)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(jìn)行大規(guī)模的孔板流量計(jì)試驗(yàn)，它亦是起因之一。標(biāo)準(zhǔn)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(jì)是天然氣流量計(jì)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(jì)，計(jì)量的準(zhǔn)確度成為貿(mào)易交接的主要技術(shù)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)的不一致將造成很大麻煩。

2.新標(biāo)準(zhǔn)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(jì)試驗(yàn)提供質(zhì)量上乘的新的數(shù)據(jù)，它反映當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)這方面的內(nèi)容在全部流量標(biāo)準(zhǔn)中是最先進(jìn)和成熟的，對其它標(biāo)準(zhǔn)的制訂有參照的作用。

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

1）新標(biāo)準(zhǔn)阻流件類型增多，由7種增為12種；結(jié)構(gòu)細(xì)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于新標(biāo)準(zhǔn)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(shí)是不必要的；

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

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

4）直管段長度是與測量準(zhǔn)確度聯(lián)系在一起的，標(biāo)準(zhǔn)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(yán)重的阻流件以外。

4.應(yīng)該指出，直管段長度的試驗(yàn)是一項(xiàng)很復(fù)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(fù)雜多變，在實(shí)驗(yàn)室里難以復(fù)制，產(chǎn)生分歧的一個(gè)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(bào)告規(guī)定的長度相差約一倍，AGA3號報(bào)告的長度相當(dāng)于ISO 5167 B欄的長度，亦即兩者的不確定度一個(gè)為0.5%，另一個(gè)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(jìn)行的試驗(yàn)，其它研究者遵守這個(gè)條件可能不一致。

新標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行細(xì)微試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，國內(nèi)傳播內(nèi)錐流量計(jì)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(xì)分，近來印度德里工學(xué)院應(yīng)用力學(xué)發(fā)表的關(guān)于內(nèi)錐流量計(jì)受前置閘閥干擾影響的報(bào)告大幅修改其長度，認(rèn)為如在β=0.77，L=5D閥開度大于25%時(shí)系數(shù)變化高達(dá)8%，L=10D時(shí)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(yàn)不是短期內(nèi)可以下結(jié)論的。