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中国流量计网-新闻详细内容
供求信息: ISO 5167:2003(E)《用差压装置测量液体流量
发布时间: 2007-11-20 阅读次数: 17843

一、前

ISO 5167:2003E)(以下简称新标准)的颁布是节流装置发展史上的第二个里程碑,而第一个里程碑是1980年颁布的第一部ISO 5167国际标准(以下简称旧标准)。二个里程碑反映节流装置发展的不同阶段,它们在技术基础及内容上都有实质性的重要变化。如何深入学习ISO 5167新标准,是我经常考虑的问题,在不断学习和体会中写了这份学习札记。

2003年新标准颁布后,国内有专家学者论述其内容及重要性,据称曾举办过60~70次贯彻新标准的研讨会,学习班,遗憾的是这是以宣讲ISO 5167新标准为名,行推销内锥流量计为实的研讨会,学习班,遗憾的是这是以宣讲ISO 5167新标准为名,行推销内锥流量计为实的研讨会,学习班,在这些活动中,贬低标准节流装置,称人们应该及时勇于更新观念,与传统的落后的流量测量节流装置告别,与时俱进地推广采用新一代的流量测量节流装置,即内锥式流量测量节流装置。V形内锥流量计是老一代孔板,喷嘴和文丘里管的更新换代产品。

笔者认为内锥流量计做为新型差压流量计自有其优缺点,它还是属于非标准检测件流量计,与标准节流装置差压流量计比较要低一个档次,它需经长期的试验研究和应用实践晋升为标准型,才能决定能否代替的问题,现在就宣称是标准节流装置的更新换代产品未免早了点,对流量行业贯彻新标准只能起干扰作用,没有什么实际好处。

ISO 5167新标准的重要性至少可举出以下几点:

1ISO 5167新标准是一种经历上百年流量检测件的理论与实践的总结,它反映现场流量测量对一部检测件标准的内容有哪些要求,检测件的发展应遵循哪些规律?例如首先检测件的结构形状和技术要求要标准化,在标准中明确表示出来,这样才能动员全社会的力量来进行试验研究,没有标准化仅仅依靠个别厂家或科研群体进行工作,不但拖延时日,还易产生数据的系统偏差而不易觉察;其次检测件的流出系数(或仪表系数)需建立数据库,由数据库的数据拟合出流出系数计算式,它是标准的主要内容之一,数据库的数据由全社会来完成,这样可保证它是否真实可靠;第三,现场影响量的试验研究是检测件标准工作量最大,最艰巨的一项长期性工作,它决定着检测件应用范围有多宽。

2.目前国内流量仪表的用量以标准节流装置为检测件的节流式差压流量计仍居于首位,在天然气和蒸汽这二种国民经济最广泛又重要的能源计量中,此类仪表是主力仪表之一,这种状况短期内是难于改变的,GB171672006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》规定天然气和蒸汽流量计量的准确度是强制性的,节流式差压流量计面临着严峻的挑战,切实贯彻ISO 5167新标准是保证此项任务完成的有力措施。

3.由于各种复杂的原因,国内节流式差压流量计存在较多的问题,其应用水平不能令人满意,我们应该借贯彻新标准这股东风解决一些问题,可是现在受到前述的干扰,已经耽误几年时间,今后如何采取有力措施贯彻新标准,使此类流量计能够承担它应承担的任务,是计量部门和流量行业的一项艰巨任务。

本文不拟对ISO 5167新标准作全面介绍和评述,只摘若干问题作一探讨。

二、确定流量标准装置流量量值的一种新方法

由于流量是由基本量(长度,质量,时间,温度)综合的导出量,它没有实体的基准器,流量量值的一致性一直是一个老大难的问题。现在流量是在流量标准装置上由基本量来综合得出的装置的量值溯源应由静态和动态溯源来完成,动态溯源普遍的方法是进行装置比对,但是装置比对是一种复杂繁琐的工作,它实际上限制了普遍的应用,例如国内众多的流量标准装置一般只由计量部门静态溯源。是否有一种简易的方法来确定装置的流量量值呢?孔板流量计的新成就提供了这种可能性。

2003年美国石油学会新的“石油测量标准手册”第5章第7节“差压式流量计测试协议”提出用一台孔板流量计装设于装置的试验管段进行全范围流量测试,流量测试点的标准偏差与孔板流量计流出系数RG公式的标准偏差在95%置信概率内相符合,它就证明该装置的流量量值已溯源到基本量,其理由何在?这要从孔板流量计流出系数RG公式的由来说起。孔板流量计流出系数RG公式是由流出系数数据库数据拟合而得,而数据库数据是集合美国,欧洲最著名的11个流量实验室对孔板流量计的试验得到的,这些实验室的流量量值溯源性不容置疑,因此流出系数RG公式的流量量值是已溯源的。上述孔板流量计节流装置的结构形状和技术要求要完全遵守标准的规定,它是RG公式应用的必要前提,至今尚没有任何一种流量计的检测件具有这种功能,在需要可信的流量量值的流量测量中孔板流量计将扮演着重要角色。

三.流动调整器的作用

ISO 5167旧标准只列举流动调整器的若干型式结构及尺寸,如何使用基本未涉及,ISO 5167新标准不但包括旧标准的全部流动调整器型式,还增加近年开发的一些新型式,标准还列表详细规定其使用方法,如孔板与19根管束流动整直器(1998)间所允许直管段长度,流动调整器置于阻流件与节流件之间,其间距应符合规定,使用时若不遵守规定,反而可能成为干扰源,这点应特别注意。新标准增加流动调整器合格性测试的内容,其意义甚为深远,按照标准规定只要完成合格性测试,任何类型流动调整器都可投用,这是给新型流动调整器的开发提供一把钥匙,对流动调整器的发展将产生巨大的促进作用。

流动调整器是提供一种规范化流场的设备,它使流量计测量准确度的可信度置于牢固的技术基础上。目前标准常用的直管段长度的表列数据并不能保证流场规范化。其原因有二,一是标准称其直管段长度的试验是在阻流件上游安装有很长的直管段得到的,亦即阻流件上游应为充分发展管流及无旋转流,但是现场大多数情况是阻流件前并未达到如此规范的流场;二是表中所列阻流件类型其结构参数及管壁粗糙度并未详细规定,一种阻流件类型其结构参数及管壁粗糙度并未详细规定,一种阻流件类型其结构参数及管壁粗糙度可能差异很大,应用同样的直管段长度表明其数据有不确定性。现在许多新型流量计如超声,涡街,涡轮等甚至把流动调整器与仪表表体组合成为一体,成为检测件的一部分,这些流动调整器已成为专利产品。

流动调整器是一把双刃剑,它可使现场阻流件干扰消除建立规范化流场,提高测量的可靠性,缩短必要的直管段长度等等,但是其负面影响为增大压损,易发生污物堵塞,增加维护工作量,这些常为用户所垢病。在流量计量日益进入“精细化”的时代,计量准确度的重要性甚至成为第一目标,例如昂贵的能源介质油,天然气的计量,任何微小的测量差异都将带来巨大的经济矛盾,其它如科研实验流量计量的准确度是第一位的,近年流动调整器的研发成为国际流量界的热点课题,其原因即在于此。至于其负面影响确实应该重视,尤其是节能降耗日益受重视的今天,流动调整器的应用更应小心在意,国内有一股全盘否定其使用价值的潮流,笔者认为应该具体对象具体分析,一概否认并不合适。

四.关于孔板节流装置直管段长度规定的问题

ISO 5167新标准则颁布的时候,国内传播着一种说法,新标准对孔板的直管段长度有全新和更长的要求,本来孔板的直管段要求现场已普遍不能满足,这下更是雪上加霜,无法应用了。

新标准的孔板直管段长度规定到底发生了什么变化?用这种笼统的说法给人一种全部都加长了无法应用的感觉并不合适。笔者认为新标准对孔板和文丘里管的直管段长度规定的新变化是新标准重要成果之一,它使标准更成熟了。

ISO 5167新标准中孔板和文丘里管直管段长度规定的重要意义有以下几点:

1.解决了国际上长期以来孔板节流装置直管段长度规定的分歧,使全世界标准规定得到统一。众所周知,在ISO 5167旧标准投票表决时美国投了反对票,其主要原因是AGA3号报告与ISO 5167中孔板直管段长度规定的不一致。由此ISO特别成立了ISO/TC28/SC5ISO/TC30/SC2联络组来解决它,欧美在80年代进行大规模的孔板流量计试验,它亦是起因之一。标准中孔直管段长度规定全世界统一很重要。现在跨洲跨国输送天然气已是普遍现象,孔板流量计是天然气流量计量的主力仪表,尤其是大口径输送管道,目前仍大部分采用孔板流量计,计量的准确度成为贸易交接的主要技术指标,标准的不一致将造成很大麻烦。

2.新标准孔板直管段长度规定除继承几十年国际上积累的资料外,80~90年代新一轮的大规模孔板流量计试验提供质量上乘的新的数据,它反映当代流量检测设备和数据处理技术,其质量是过去数据无法比拟的,可以说ISO 5167标准这方面的内容在全部流量标准中是最先进和成熟的,对其它标准的制订有参照的作用。

3.比较新旧标准关于孔板直管段规定的资料可看到以下差别:

1)新标准阻流件类型增多,由7种增为12种;结构细化,如同平面和垂直平面双弯头依据弯头间距各分为二种,旧标准垂直平面双弯头只有一种并没说明弯头的间距,它取的数值相当于新标准间距较短的一种,这样其直管段长度非常长,对于间距较大时是不必要的;

2β0.5以下新旧标准的长度基本一样,旧标准有个别的还稍长些,β值0.6~0.75新标准比旧标准长得多,国内说长得多大概是指这一部分;

3)新标准一些阻流件名称更确切些,例如渐缩管,渐扩管,新标准称为同轴渐缩管,同轴渐扩管,旧标准全孔球阀或闸阀全开和球型阀全开为两种似有重复,新标准则只列前面一种较为合理;

4)直管段长度是与测量准确度联系在一起的,标准中分为AB二栏,B栏是在A栏的不确定度上再增加0.5%附加不确定度,而B栏的长度大部分只有A栏的50%或更短,如果把流出系数的不确定度从0.5%增为1%,则前置直管段长度20D基本上可满足全部β值(包括β=0.75)的要求,而若β≤0.50则10D基本可满足要求,除空间双弯头等干扰最严重的阻流件以外。

4.应该指出,直管段长度的试验是一项很复杂的工作,长期以来国际上一直存在数据的分歧,它是有深层次的技术原因的。

1)现场阻流件类型复杂多变,在实验室里难以复制,产生分歧的一个原因可能是结构形状及管壁粗糙度的差异引起的;

2)对流出系数偏差评定的不确定度不一致,以前ISO 5167与AGA3号报告规定的长度相差约一倍,AGA3号报告的长度相当于ISO 5167 B栏的长度,亦即两者的不确定度一个为0.5%,另一个为1%;

3)ISO 5167称其直管段长度是在阻流件上游为充分发展管流和无旋转流情况下进行的试验,其它研究者遵守这个条件可能不一致。

新标准对经典文丘里管的直管段长度有较大的修订,它是近年对此类节流装置再进行细微试验时发现的,国内传播内锥流量计前置直管段为0~3D,后置直管段为0~1D,没有按阻流件类型细分,近来印度德里工学院应用力学发表的关于内锥流量计受前置闸阀干扰影响的报告大幅修改其长度,认为如在β=0.77,L=5D阀开度大于25%时系数变化高达8%,L=10D时亦有约1.7%的变化,这说明一种类型检测件的直管段长度规定的试验不是短期内可以下结论的。

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