孔板流量计在中国都存哪里问题？为此又如何去解决？作者孙淮清为我们提供了详细的说明。
引言
国际标准化组织 ( ISO ) 第 30技术委员会 ( ISO /TC30) 封闭管道流体测量技术委员会 !自成立之日起( 1947年 )几乎集中全部力量准备制订一部节流装置国际标准, 经过 30余年的努力, 终于在 1980年颁布第一部 节流 装 置 国 际 标 准 ISO 5167 ( 1980 ), ISO 5167( 1980)正式颁布是节流装置发展史上的第一个里程碑, 它总结了 20世纪 70年代以前节流装置的试验研究成果。在讨论 ISO 5167 ( 1980)时, 国际流量界已意识到该标准的技术基础存在许多问题, 因 此 在ISO 5167( 1980 )正式颁布时即宣布将对标准进行修订, 一部标准在颁布之时宣布开始修订似乎并无先例。标准存在的问题大致有: ∀ 试验数据的陈旧性; # 标准中直管段长度规定存在问题; ∃ 标准中许多规定有欠科学性; %如何提高节流式差压流量计的测量准确度问题等。这些问题只有依靠一次大规模的节流器装置试验研究才能解决。由此国际流量界进行一次大规模的孔板流量计研究试验 ( API实验计划和 EEC 实验计划 )。 ISO 5167 2003( E )正式总结此最新研究成果提出的新标准, 它是节流装置发展史上的第二个里程碑。
应该说, 目前 ISO 5167 2003( E )在全部流量测量的国际标准中已经相当成熟和完备了。但是从现场应用的角度要求看, 它还存在许多不足之处, 如抑制非充分发展管流干扰的阻流件类型尚待补充与细化, 而抑制非定常流干扰的办法至今尚未纳入标准中, 这些都有待今后继续积累试验研究成果以便对标准再进行修订。
我国节流装置国家标准 GB /T 262493是等效采用ISO5167( 1991) 《用差压装置测量流量》第一部分“安装在充满流体的圆形截面管道中的孔板, 喷嘴和文丘里管”的,该标准属于修订前的国际标准, 其内容仍依据旧的技术基础, 因此对 GB /T 262413进行修订已势在必行。
目前国内已出现 ISO 5167 2003 ( E)的有关资料,并编纂出相应内容的节流装置设计手册, 反映了新标准急需对 GB /T 262493进行修订。另外, 由于新标准的内容有许多实质性的重大变化, 考虑国家新标准颁布尚有一定时日, 需要及早对其内容进行介绍, 以在国家标准未修订前减少现场应用的失误。
1、 国内若干现状
1.1 孔板流量计权威性依然存在
孔板流量计在各类流量计中是使用普遍、用量较大, 但又是对其不满意见较多的一类流量计。国内有一股否定其使用价值的潮流, 可以不夸张地说, 孔板流量计正在经历一场信任危机。反观国外, 似乎未见类似的情况，相反地, 历届流量测量国际学术会议, 仍有此类流量计的研究试验论文, 当然论文数目中, 一些新型流量计需探讨的问题比较多, 而孔板流量计论文少则反映了其较成熟。在一些重要的计量领域, 例如天然气流量测量, 它仍然是主力 仪表之一, 在高温蒸汽流量测量领域可代替的仪表似乎不多。另外, 一个值得注意的现象,许多新型流量计的研究试验数据常与孔板流量计的数据相对照未得到确认, 2003年 1月美国石油学会 (AP I)新的 《石油测量手册》第 5章第 7节 &差压式流量计测试协议 ∋规定,用于试验差压流量计的流量标准装置的动态溯源要使用孔板流量计作为传递标准。
1.2 孔板流量计受质疑的原因
为什么国内孔板流量计会沦落到如此地步呢? 以下为可能存在的几方面原因。
1.2.1 加工制造的问题
孔板是一块中间有圆孔的落板, 其结构形状再简单不过了, 现在任何一台车床, 任何一位加工师傅都可轻而易举地进行加工,现行节流装置设计的使用方式为对号入座式, 其加工质量计量部门难以进行有效的检验和监督,因此国内孔板加工制造的质量令人担忧, 说它达到粗制滥造的地步也不为过。作者不禁回忆起几十年前的一件事, 20世纪 70年代上海工业自动化仪表研究所为了规范孔板的加工制造, 选择国内当时最著名的 6家节流装置生产厂, 请各厂派一位最优秀的加工师傅到上海, 在上海自动化仪表一厂同一车床上加工一块同规格 ( DN 100)的标准孔板, 然后把 6块孔板拿到水流量标准装置上进行流出系数的测试, 其结果令大家大吃一惊, 6块孔板的流出系数互相偏差竟超出标准规定的不确定范围。此事证明孔板加工大有学问, 并不简单。据后来研讨说明加工质量与 刀具、进刀量 和润滑剂等都有关, 当然主要决定于加工师傅的技术水平。
目前有一种说法, 孔板入口边缘锐利度磨损、精度丧失、性能不稳定。加工再好有什么用? 孔板入口边缘钝化是孔板的本质缺陷, 从 20世纪30年代孔板结构形式标准化后, 国际流量界非常重视这个问题, 进行了大量的试验研究, 在长期不屈不扰的努力下, 已取得丰硕成果, 可以说已基本上可以解决此问题, 现在的问题是使用者没有采取必要的措施进行周期检定, 甚至未利用有关资料进行估算补偿。这里还要补充一句,当管径 DN ( 250 mm 时, 钝化的影响可以忽略不计。孔板入口边缘钝化的修正是基于孔板结构形状及技术要求完全符合标准规定这个前提条件的, 如果孔板本身加工就不规范, 修正就无从谈起。节流件加工是否符合标准规定还会影响到后续的安装使用问题, 例如节流件偏心, 环室有台阶和取压口位置和质量等许多是依靠公差配合来达到要求, 无法进行测量检验, 因此制造这一环节非常重要, 发生了偏差是难以补偿的。
1.2.2 安装使用的问题
安装使用的标准化规定是 ISO 5167的核心内容之一， 新标准依据近十余年高质量的试验研究对旧标准的内容进行修订，尤其现场使用中的一些措施是旧标准所欠缺的， 因此贯彻标准中这方面的规定是保证测量高质量的基础。
以下我们列举国内一些常见的偏离标准的现象。标准定节流装置上游侧管道内径 D 必须实测，其偏差不大于 0. 3% ，但是在设计及使用时采用公称通径作为内径值是很普遍的。
孔板入口边缘钝化使流出系数偏移， 应进行估值修正，这是孔板周期检定的一项必须要做的工作, 修正方法有精确的，亦有粗略的, 要视具体对象而定， 已有各种方法满足不同层次的需要，可是这个工作到底有多少使用者在进行?
饱和水蒸汽为汽水两相流， 当干度较低时 (水分含量大, 在供汽末端是常发生的 )， 超出标准允许的工作条件，应该采取一些措施来补救，如采用自动疏水器分离水分， 否则计量将产生较大的误差, 在设计阶段亦可采用气液两相流的流量计算式进行设计，使设计更接近实际流动模型以提高设计的准确度。目前这些问题仍然不被设计者及使用者重视，饱和水蒸汽流量测量误差大是普遍存在的问题，这是不足为怪的。
标准节流装置上游侧管道内壁粗糙度有规定， 它是影响节流装置出系数的一个重要因素，在长期使用时, 管道内壁侵蚀、积垢会改变其粗糙度， 应该由定期维护来解决，此项工作有多少使用者进行过？现场管道条件常出现直管段长度不足, 这是一个普遍的问题,应该指出，标准规定的直管长度要求分为二档，短的要比长的增加 0. 5% 附加不确定度,而短的、长的相差约为一倍之多，对精度要求不高的对象缩短直管段长度而增加测量误差是一种解决矛盾的办法。
总之，在现场偏离标准并非个别现象，使用者应该掌握如何进行修正或估算的办法，节流式差压流量计积累这方面资料非常丰富，它是此类流量计实力较为雄厚的标志, 亦是流量计能够广泛使用的重要原因。
1.2.3 选型使用的问题
为适应现场流量测量的复杂情况, 已经发展了种类繁多的流量计品种， 针对具体的使用对象选择合适的流量计是关系到应用能否成功的关键一环，所有流量计都应该用其所长避其所短才能充分发挥其特点，前面我们谈到国内孔板流量计正在经历一场信任危机，似乎对孔板流量计选型不当有很大关系。
早在 20世纪 70年代当时孔板流量计大量采用在工业生产过程中，大有 “包打天下之嫌”，当时容积式和浮子式仅少量使用于中小流量场合， 而新型流量计如涡轮、电磁、超声、涡街等尚处于初期发展阶段，现实情况迫使孔板流量计到处使用实属无奈之举。
现在情况已有根本改变，如果再不考虑孔板流量计哪些场合可用哪些场合不宜用，再一味责怪它似不太公平。这里我们举一个实例，钢铁工业大口径煤气流量测量，长期以来一直采用标准孔板或圆缺孔板的差压流量计，现场工作条件为阻流件类型复杂、直管段长度短、介质脏污腐蚀易堵塞等，皆是孔板流量计之短，使用效果差是必然的。近年选用一种插入式流量计。测管式流量计后情况有了好转，说明选型的正确与否非常重要。
在节能降耗日益紧迫的今天，孔板流量计的高压损缺引起强烈关注，国内已有人建议其使用口径不宜超过 DN 200， 因为大口径的能耗是一笔大数目，采用其它低压损流量计代替是明智之举。
待续~
本文摘自：《自动化仪表》第28卷增刊 2007年9月 作者：孙淮清 重庆工业自动化仪表研究所