流量計的直管段要求        近一二十年以來,，在貿(mào)易化的背景下,，經(jīng)濟領(lǐng)域中不少物質(zhì)是通過流量儀表的計量進行核算的,，買賣雙方都不愿意承擔(dān)因流量計量的誤差所造成的經(jīng)濟損失,，以價廉的水為例,，如果某企業(yè)每日用水1萬t，采用流量儀表誤差±2%計量,，則每年將可能多付近15萬元水費,；如是天然氣、石油等昂貴的物質(zhì),，損失將更突出,，因而迫切需要提高流量儀表的準(zhǔn)確度。對工控系統(tǒng)來說,，過去曾認(rèn)為流量儀表只要重復(fù)性好,，無需準(zhǔn)確度高。現(xiàn)在看來,，這種觀點已不能適應(yīng)新的要求,，如火電廠，由于不能準(zhǔn)確地測量進風(fēng)量,，為保證鍋爐爐膛不因缺氧造成燃燒不*而污染空氣引起環(huán)保部門的查處,，只得采取過量供氣，其結(jié)果造成燃燒效率下降,，每多供1%的過氧量就造成5%的過量空氣被加熱,，造成了燃料、風(fēng)機電能的浪費,，從節(jié)能降耗角度出發(fā)也急待提高流量儀表的準(zhǔn)確度,。    1 安裝直管段長度是一個易忽視的重要因素    流量儀表的生產(chǎn)廠家在技術(shù)文件中都注明了準(zhǔn)確度，它應(yīng)是在試驗室經(jīng)嚴(yán)格的程序標(biāo)定后確定的,，但在現(xiàn)場條件下,，大多數(shù)流量儀表都難達到這個準(zhǔn)確度。    1.1 直管段長度對準(zhǔn)確度的影響    對絕大多數(shù)流量儀表來說（容積式,、科式雖可除外,，但口徑未超過0.25m）流速分布對準(zhǔn)確度有舉足輕重的影響。,、國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為此都明確規(guī)定了流量儀表前應(yīng)有30D,、后有5D的直管段長度（D為管內(nèi)徑），只有這樣,，管內(nèi)的流速分布才能達到充分發(fā)展紊流,，具有確定的分布規(guī)律,，采用在試驗室標(biāo)定的流量系數(shù)，才可保證達到廠家所說的準(zhǔn)確度[1],。但實際安裝的現(xiàn)場,，從工藝角度出發(fā)會有形形色色的各種阻力件（彎頭、閥門,、變徑管,、歧管??）其出口流速分布也是變化莫測、十分復(fù)雜的,。從節(jié)約場地出發(fā),，也不可能安排流量儀表所需的如此長的直管段長度。因此,，流量儀表在現(xiàn)場應(yīng)用中所達到的準(zhǔn)確度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于廠家提供的數(shù)據(jù)。    1.2 直管段長度不足長期被忽視    直管段長度不足的問題長期被忽視,，其原因在于流量儀表即使在現(xiàn)場直管段長度達不到規(guī)程要求所需的長度,，仍會有輸出，對一線的儀表工來說,，儀表工作似仍“正常”,，只是與必要的準(zhǔn)確度相距甚遠(yuǎn)。猶如槍沒了準(zhǔn)星,，仍可射擊,。這個問題對以測點速來推算流量的儀表（如雙文丘利、插入式渦街,、渦輪,、熱式）尤為突出，這類儀表的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)ISO07145[2],，規(guī)定前直管段應(yīng)具有（30～50）D的長度,，才可能具有±3%的準(zhǔn)確度。顯然,，在現(xiàn)場是很難滿足的,。    2 流動調(diào)整器（flowconditioners）    2.1 流動調(diào)整器可改善流速分布    為解決現(xiàn)場直管段長度不足，又要保持流量儀表具有較高的準(zhǔn)確度,，標(biāo)準(zhǔn)化組織封閉管道流量專業(yè)委員會（ISOTC30）多年來一直建議采用圖1所示的各類流動調(diào)整器[3],，如：管束（AGA/ASME、ISO,、AGA,、ASME??）、板孔（Mitsubishi）及組合式（Zanker,、Sprenkle）,。其中,，組合式效果雖好，壓損卻數(shù)倍于前二種,；而板孔結(jié)構(gòu)簡單,，易于加工、安裝,、壓損也較低,、發(fā)展?jié)摿^大。以上三類各有所長,，選用需因地制宜,。安裝流動調(diào)整器可以在直管段長度達不到規(guī)范要求時，仍可保持流量儀表具有較高的準(zhǔn)確度,，但為什么長期以來并未得到預(yù)期的推廣應(yīng)用?    2.2 采用流動調(diào)整器的利與弊    采用流動調(diào)整器不僅僅會增加了成本及維護工作量,，也需要一些現(xiàn)場直管段長度，如圖1所示的管束結(jié)構(gòu),，它本身就要求具有（2～4）D長度（D管內(nèi)徑）,，而安裝前后又要求具有前（4～5）D，后（調(diào)整器與流量儀表間）（3～4）D,，總共約10D,，對于已經(jīng)捉襟見肘的現(xiàn)場直管段長度很不現(xiàn)實，難以實現(xiàn),。其次還有以下的缺點,，如：①增加了成本，一臺復(fù)合式流動調(diào)整器的加工成本不亞于一臺節(jié)流裝置,；②增加了安裝,、維修工作量，若流體中含有粉塵,，或固相物,、凝析物，長期使用又得不到及時清洗,，則將沉積在水平調(diào)整器的下方,，其結(jié)果反倒造成了速度分布的不對稱后果，豈不畫蛇添足,，多此一舉?③造成額外的壓力損失??鑒于上述種種原因,，雖經(jīng)ISOTC30多年推薦，并未得到工程界廣泛認(rèn)同,。但是,，它所取得的整流效果，還是啟發(fā)了業(yè)界的有志之士,，為以后開發(fā)新型流量儀表提供了依據(jù),。    （a）類用于消除旋渦,，（b）類用于消除旋渦和改善中等程度速度分布畸變，（c）類用于消除旋渦和改善嚴(yán)重速度分布畸變,。裝用流動調(diào)整器會增加阻力,，其壓力損失與消除速度分布畸變而異，（a）類zui小,，（c）類zui大,。    3 多孔平衡節(jié)流裝置    3.1 基本原理    本文前面已闡述了采用流動調(diào)整器的利弊，由于它本身就需要一定的直管段長度制約了它的推廣應(yīng)用,。在長期的實踐過程中,，人們發(fā)現(xiàn)縮小流動調(diào)整器與節(jié)流件之間的距離，對其整流效果影響不大,，zui終推出了將整流器與節(jié)流件合二為一,，即直接將整流器作為節(jié)流件的新型節(jié)流裝置，這么做不僅節(jié)約了成本,，還解決了已很局促的直管段長度,。在此理念啟發(fā)下，2002年美國Rosemount公司首先按類似AGA/ASME的四管整流器推出了稱為調(diào)整孔板（Condi2tioningOrifice）的四孔孔板（圖2a）,，據(jù)稱可以將直管段長度縮短至2D，仍可維持較高準(zhǔn)確度,。    3.2 多孔平衡流量裝置    在此基礎(chǔ)上,，2004年美國A+Flowtek公司又推出了17孔的多孔孔板（圖2b）[4]，這17個孔分為三組,，中心的一個孔孔徑zui大,，其余16孔分為二組，每組8孔,，其圓心分處于2個不同的直徑上,，中間的8孔孔徑次之，外圍的孔徑zui小,。A+Flowtek公司稱其為BalancedFlowmeter,，譯為平衡流量計，按其說明書,，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：準(zhǔn)確度±0.15%,；直管段要求：前0.5D、后0.5D,；量程比：10:1,；壓力損失：Δω為30%。    3.3 前直管段長度的表述    對于以上這些技術(shù)參數(shù)是否如廠商宣傳的那么值得商榷,，也有待實踐證實,。特別有關(guān)所需直管長度的表述,，行業(yè)中一般確定為自節(jié)流件前端面（即多孔孔板）至上游阻力件出口的距離為前直管段長度，而多孔平衡流量計是由多孔孔板與短管組合成一個整體供貨的,。它所指的上游直管段0.5D是指平衡流量計進口法蘭與阻力件之間的距離,，平衡流量計的短管長度是（2～10D），是要占有現(xiàn)場直管段的,，如此表述無論有意無意,，效果是誤導(dǎo)用戶，而不是實事求是,。    4 多孔整流式節(jié)流裝置    基于技術(shù)的發(fā)展及市場的需求,，天津市潤泰自動化儀表有限公司自行研發(fā)了多孔整流式節(jié)流裝置，并在第三方實驗室進行了流出系數(shù),、前直管段長度等測試,，測試數(shù)據(jù)表明，由淮安三豐儀表科技有限公司研發(fā)的多孔整流式節(jié)流裝置,，在直管段較短情況下,，具有較好的整流效果，值得推廣,，現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)及相關(guān)說明分述如下：    （1）名稱：本裝置的節(jié)流件是一個按一定規(guī)律布局的多孔孔板,，其功能除節(jié)流外，還具有整流功能,，故按其主要功能確定為多孔整流式節(jié)流裝置,。    （2）實驗設(shè)備：為某航天部門的水流量實驗室，實驗設(shè)備流量不確定度為0.05%,，差壓變送器準(zhǔn)確度為0.075%,，測試介質(zhì)為水，測試管徑為DN100,。    （3）β值的選定：建議β值取0.50～0.65之間,，β值過大強度減弱、β值過大壓損太大,。    （4）三種結(jié)構(gòu)性能對比    在前直管段長度約為30D的條件下,，對三種結(jié)構(gòu)的多孔節(jié)流裝置進行了流出系數(shù)的重復(fù)性、不確定度,、線性度進行了對比,，數(shù)據(jù)表明A型（圖3a）的各項技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于B型（圖2b）及C型（圖3b）。因此,，重點對A型多孔整流節(jié)流裝置進行了不同前直管長度的測試,。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。
     （5）前直管段長度：將A型整流節(jié)流裝置進行三種直管段長度（30D、5D,、2D）測試,，阻力件為90°彎頭，測試數(shù)據(jù)如表2所示,。從表2的數(shù)據(jù)表明,，A型節(jié)流件在前直管段僅2D時，流出系數(shù)與基準(zhǔn)（30D）的流出系數(shù)之間的相對誤差可控制在±1%以內(nèi),；而當(dāng)前直管段長度達到5D時,，與基準(zhǔn)流出系數(shù)之間相對誤差即可小于±0.3%，說明其整流效果較好,，適用于直管段不長而又要求較高準(zhǔn)確度的現(xiàn)場,。    （6）*壓損：由于流體通過多孔節(jié)流裝置后不至于形成大漩渦而造成較大的*壓損，在相同的β值條件下,，應(yīng)小于孔板,，而大于文丘里，這個預(yù)測還有待試驗證實,。    5 小結(jié)    （1）應(yīng)運而生的新型節(jié)流裝置    近10余年以來,，從貿(mào)易結(jié)算、工業(yè)計量與控制都迫切需要一種對直管段長度要求不高而能維持較高準(zhǔn)確度的流量儀表,。內(nèi)錐流量計因此曾風(fēng)光一時,，但無序的急于推廣，不分場合的非理性選用,，已造成了嚴(yán)重事故,，應(yīng)吸取教訓(xùn)，但不宜全盤否定,，目前國內(nèi)外推出的多孔節(jié)流裝置,，在結(jié)構(gòu)強度上優(yōu)于內(nèi)錐,，測試其數(shù)據(jù)也表明了較*的性能,，值得逐步推廣應(yīng)用。    （2）代理與生產(chǎn)仿制與創(chuàng)新    應(yīng)該承認(rèn),，我國在工業(yè)自動化領(lǐng)域與國外尚有差距,。改革開放以來，國內(nèi)不少代理商將*產(chǎn)品,、先進技術(shù)介紹到國內(nèi),，確實起到一些推動技術(shù)進步的作用。但是國外的產(chǎn)品在壟斷的情況下,，價格都過于昂貴,。為打破這一局面，不能滿足于代理而應(yīng)立足于自行生產(chǎn),，而生產(chǎn)又不能局限于仿制（內(nèi)錐流量計應(yīng)是一個教訓(xùn)）,。認(rèn)真學(xué)習(xí)了國外的先進技術(shù),，并通過應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，就會發(fā)現(xiàn)不少國外產(chǎn)品也不是那么,，他們也在不斷地改進,、完善，我們?yōu)槭裁催€滿足于仿造別人早已落后的產(chǎn)品呢?在認(rèn)真學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,，*可以著手改進,，創(chuàng)立具有我國獨立知識產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品