發布日期：2022-04-27 點擊率：79
長期以來，節流裝置（孔板、噴咀、文丘利管）因適用于多種流體（氣體、液體、蒸汽），且耐高溫高壓，在許多行業如化工、電力、鋼鐵、冶金、石油天然氣等，多采用它用以監測流量參數。在流量儀表市場中，數量約占60%以上的份額。對于這種量大面廣的儀表，國際標準化組織“封閉管道中流體流量測量專業委員會”（ISOTC30）極為重視，制定了節流裝置流量測量標準ISO5167，并根據使用中出現的問題不斷進行修改、完善。我國的節流裝置國家標準（GB/T2624-93）與其接軌，也等效采用ISO5167。國際標準化組織ISOTC30經兩年多的討論醞釀，重新修訂了ISO5167，于2003年3月公布執行ISO5167新的標準。
ISO5167新標準修改的主要內容
· 在沒有流動調整器條件下，對節流裝置(孔板、文丘利管)上游所要求的直管段普遍提出了更長的要求；
· 建議在節流裝置上游安裝流動調整器，以適當縮短所要求的直管段長度；
· 根據大量數據回歸的R/G公式取代原來的sto1z公式；
· 采用新公式來計算孔板的可膨脹系數；
· 修訂了關于孔板不同軸度、不平度及上游管內壁粗糙度的限制要求。
ISO5167新標準對孔板前直管段長度的要求增大了4～17D，達到了30～70D左右。這個長度在工程實施中存在相當大的難度，甚至是不可能的，面對ISO5167新標準，我們該怎么辦？
流量儀表在工程中的應用，不外乎以下幾種情況 ：①貿易計量，進行物流的核算，準確度是首要的，如直管段達不到標準要求，直接影響到準確度的下降；②工藝流程的監測 ；主要了解工藝流程是否正常，可靠性是主要的；③工控系統中的檢測環節，作為調節的依據，重復性是主要的。因此，在直管段達不到要求時，孔板（或節流裝置）仍可工作，只是準確度下降了；用于②、③種情況還可考慮，而第①種情況則難以選用。
流動調整器
在直管段長度達不到新標準的要求時，管道中的流速分布不是充分發展紊流，流速分布不對稱，有畸變還可能有漩渦、回流（圖1）。ISO5167新標準建議采用流動調整器，認為選用后可改善流動情況，無需過長的直管段即可達到新標準的要求。
圖1：雙彎頭后滑流的流速分量
但這并非萬全之計，因為它在改善了流動情況的同時，也帶來了以下弊病：①增加成本。制造一臺流量調整器的成本不亞于一臺流量計。②增加安裝、維修工作量。③易于堵塞。采用流動調整器緣于在直管段達不到ISO5167新標準要求的長度，仍希望維持孔板等節流裝置較高準確度的一項技術措施。可事與愿違，由于效果好的流量調整器均易于堵塞，并造成了流動的畸變，它又反過來降低了測量準確度。要徹底解決問題，只有采用新型節流裝置。而目前業內比較熱衷的便是采用內錐式流量計。
內錐式流量計
上世紀80年代中期，由美國MCCROMETER公司研制、推出了這種新型節流裝置 — 內錐式流量計（圖2），由于內錐具有整流作用，要求前、后直管段長度都很小。特別適用于ISO5167新標準公布后所面臨的困境。
▲ 原理
內錐式流量計仍是一種通過節流取差壓以反映流量大小的節流裝置。節流件為一個懸掛在管道中央的錐形體，前錐角約30°，后錐角約150°。高壓P1取自錐體前流體未擾動（即未形成節流，流體未加速）的管壁 ；低壓P2取自后錐體中央，并通過內錐支承桿引至管外，其差壓△P的平方根與流量成正比。計算與孔板、噴咀等類似，只需要將環形通道面積折合為孔板內孔面積。
▲ 突出的優點
● 錐體整流，縮短直管段
長期以來，人們都認為變徑管（或稱異徑管）是破壞流場的，無論管徑由小變大，或由大變小后都要求基本相同的直管段。其實，收縮管（即管道截面由大變小）將促使流體加速，其效果具有消除漩渦、促進流動層面的相互作用，在一定條件下可以在較短的長度內達到較理想的流速分布。內錐式流量計使流通截面由大變小，其效果相當于一個流動調整器，可以縮短節流裝置所必需的直管段長度 ；至于是否短到廠家所說僅為0～3D，還應有待試驗證實。
● 邊緣耐磨，改善穩定性
幾十年來，孔板曾被公認為是一種不用實標的準確流量計，常用于物流的計量核算，而它的長期穩定性是值得質疑的。根據節流裝置標準的規定，孔板的節流孔邊緣厚度e僅為0.005～0.02D ；光潔度應為 7以上。而在使用過程中，在銳角處流速最高，流體的沖刷也最強烈，使用不久銳邊將變大，并產生毛刺不再光滑，流量系數也將隨之變化。
而內錐式流量計則不然，在錐體的最大截面的邊緣，由于附面層的保護（見圖2）其表面流速并不高，附面層減緩了沖刷的力度，且邊緣是一個鈍體而不是銳角，也經得起沖刷。因此，內錐式流量計流量系數可長期穩定不變。
圖2：內錐式流量計原理圖
為什么孔板沒有附面層保護呢？附面層厚度δ=KLReX，（其中L是特征長度，Re是雷諾數，K,X為系數）孔板的特征長度等于零，無法形成附面層保護。
● 環形通道，適用于臟污流
各工程現場中的流體都難以保證潔凈，多年來，節流裝置中采用最多的孔板，由于其下游會形成一個回流區，流體中的臟污物、凝析物等將滯留在這個區域，日積月累，將改變節流比β值，引起流量系數的變化，其次污物還會阻塞測壓孔，使孔板難以正常工作。
而內錐式流量的節流部分的環形通道，錐體后未形成滯流區，當流體流過邊緣時，因流速高，任何臟污物、凝析物，將被沖走難以滯留。因此，它適用于臟污流體，特別是氣液、氣固、液固二相流體。
小結
· 直管段長度 ：內錐式流量計問世已十多年，鮮為人知。近二年由于提出了ISO5167新標準，加長了孔板等節流裝置所需的直管長度，使其難以使用，在不少會議、媒體上出現了一股“內錐熱”，認為其所需直管段前僅為0～3D；后為0～1D，幾乎可有可無。內錐的整流作用真的能神奇到這個地步？據了解不少阻力件（如雙彎頭）后漩渦區的消失就需3D以上。
· 流動調整器 ：在制定節流裝置標準中，國際標準化組織ISOTC3O多次建議采用流動調整器，由于現場的惡劣條件，流體欠潔凈，將會帶來不少問題，難以達到預期效果。
· 標準化 ：孔板長期公認為是無需標定而又準確的流量計，為此制定了國際標準（ISO5167）國家標準（GB-2624），因此常用于物流計量及貿易核算中，ISO5167的新標準提出的直管段長度使孔板的應用陷入困境，不少專家建議采用內錐式流量計取代孔板，舉出了不少優點，前景誘人。但由于還缺乏足夠的試驗數據，無論國際還是國內還未制定相應的標準。用于物流貿易核算，目前還缺乏計量法的依據。
· 需理性、勿過熱 ：某一流量儀表一統天下局面短期還難以形成。
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