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标准孔板安装条件和直管段长度要求的最新变化和要求
众所周知，正是由于历史的原因，美国和欧洲各国标准规定的安装条件有较大差别，导致80年代美国对ISO 5167持否定态度。由于安装条件是保证节流式差压流量计现场丈量精度的关键因素，如何科学地规定此条件必须进行大量的试验才能确定，正是API和EEC近十几年的试验才使这个题目获得解决，目前就大量的试验结果表明，它将导致标准孔板安装要求的彻底修改。
该项研究固然涉及到标准孔板本身的技术及各种类型活动调整器（整流器）的整流效果内容，但是这些试验成果体现在AGA No.3和ISO/CD 5167标准中主要是没有整流器的安装要求（见表1与表3）和带19管管束式整流器的安装要求（见表2与表4）是很不同的。ISO/CD 5167的安装要求（表3及表4）与表1、表2基本相同，但对于带19管管束式整流器的安装规定由17D≤A≤29D变为18D≤A≤30D时的数值。另外ISO/CD 5167有较具体的阻力件型式，而且对应的最短直管段长度要求略有不同。
表1：AGA No.3标准孔板（不配整流器）上下游直管段长度（以管径D的倍数表示）
| β值 | 上游直管段 | 下游直管段 | |||||||||
| A | B | C | E | F | G | H | L | M | N | ||
| ≤0.20 | 6 | 10 | 10 | 50 | 19 | 9 | 30 | 17 | 6 | 70 | 2.8 |
| 0.30 | 11 | 10 | 12 | 50 | 32 | 9 | 30 | 19 | 6 | 108 | 3.0 |
| 0.40 | 16 | 10 | 13 | 50 | 44 | 9 | 30 | 21 | 6 | 145 | 3.2 |
| 0.50 | 30 | 30 | 18 | 95 | 44 | 19 | 30 | 25 | 7 | 145 | 3.5 |
| 0.60 | 44 | 44 | 30 | 95 | 44 | 29 | 30 | 30 | 9 | 145 | 3.9 |
| 0.67 | 44 | 44 | 44 | 95 | 44 | 36 | 44 | 35 | 11 | 145 | 4.2 |
| 0.75 | 44 | 44 | 44 | 95 | 44 | 44 | 44 | 44 | 13 | 145 | 4.5 |
| 注；表中A表示：1、单个90°弯头；2、在同一平面上两个间距S大于30D的90°弯头；3、 在不同平面上的两个间距S大于15D的90°弯头。
B 表示：在同一平面上两间距S不大于10D的90°弯头。 C 表示：在同一平面上的两个间距为10D≤S≤30D的弯头。 E 表示：再不同平面上的两间距为S≤5D的90°弯头。 F 表示：再不同平面上的两间距为5D≤S≤15D的90°弯头。 G 表示：作为弯头使用的单个90°三通。 H 表示：1单个45°弯头、2、在同一平面上的两间距S大于22D的45°弯头。 L 表示：开度至少为50%的闸阀。 M 表示：渐缩管或渐扩管。 N 表示：任何形式管件及管路布置。 |
|||||||||||
表2 AGA No3 标准孔板（配管束型整流器）上下游直管段长度（以管径D倍数表示）
| β值 |
单个90°弯头 R/D=1.5
|
在不同平面上的两个90°弯头
S ≤ 2D. R/D=1..5 |
单个90°三通 | 开度至少为50%的阀门 | 三通与90°弯头的组合 | 任何其他形式的管件及管路分布 | ||||||
| A 1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | |
| ≤0.20 | 5-
14.5 |
5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-11 | 5-13 | 5-13 | 5-23 | 5-
11.5 |
5-13 | |
| 0.30 | 5-14
5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-11 | 5-13 | 5-13 | 5-23 | 5-
11.5 |
5-13 |
| 0.40 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-11 | 5-13 | 5-13 | 5-23 | 5-
11.5 |
5-13 |
| 0.50 | 11.5-
14.5 |
11.5-
25 |
9.5-
14.5 |
9-25 | 11-
13 |
9-23 | 9.35 | 7.5-
15 |
11-13 | 9-
19.5 |
9.5 | 11.5-
14.5 |
| 0.06 | 12-13 | 12-25 | 13.5-
14.5 |
9-25 | - | 11-16 | - | 10-17 | 13 | 11-16 | - | 12-16 |
| 0.67 | 13 | 13-16
.5 |
13-
14.5- |
10-16 | - | 11-13 | - | 10-13 | - | 11-13 | - | 13 |
| 0.75 | 14 | 14-16
.5 |
- | 12-12
.5 |
- | 12-14 | - | 11-
12.5 |
- | 14 | - | - |
| 推荐管束位置 | 13
β≤0.67 |
14-16
5 β≤0.75 |
13.5-
14.5 β≤0.67 |
12-
12.5 β≤0.75 |
13
β≤0.54 |
12
13 β≤0.75 |
9.5
β≤0.47 |
11-
12.5 β≤0.75 |
13
β≤0.54 |
13
β≤0.72 |
9.5
β≤0.46 |
13
β≤0.67 |
| 注；表中A1和A2是整流器出口到孔板之间间隔，其中A1是孔板上游管件与孔板之间的间隔A为17D≤A≤29D时的数值，A2是孔板上游管件与孔板之间的间隔A≥29D时的间隔，下游直管段长度同表4。
2、“-”是指对于所有A值，在该特定阻力件的下游不可能找到安装19管管束式整流器的一个合格位置。 |
||||||||||||
表3: ISO/CD 5167标准孔板（不配整流器）上下游直管段长度（以管径D的倍数表）
| β值 | 上游直管段 | 下游直管段 | ||||||||||||
| A
|
B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | |||
| 1
|
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| ≤
0.20 |
6（3）
|
10
（10） |
10
（10） |
19
（18） |
34
（17） |
9（3） | **
（**） |
5（5） | 16
（8） |
12
（6） |
30
（15） |
5（3） | 4（2） | |
| 0.40 | 16
（3） |
10
（10） |
10
（10） |
44
（18） |
50
（25） |
9（3） | 30
（18） |
5（5） | 16
（8） |
12
（6） |
30
（15） |
5（3） | 6（3） | |
| 0.50 | 22
（9） |
18
（10） |
22
（18） |
44
（18） |
75
（34） |
19
（9） |
30
（18） |
6（5） | 18
（9） |
12
（6） |
30
（15） |
5（3） | 6（3） | |
| 0.60 | 42
（13） |
30
（18） |
42
（18） |
44
（18） |
65
（25） |
29
（18） |
30
（18） |
9（5） | 22
（11） |
14
（76） |
30
（15） |
5（3） | 7
（3.5） |
|
| 0.67 | 44
（20） |
44
（18） |
44
（20） |
44
（20） |
60
（10） |
36
（18） |
44
（18） |
12
（6） |
27
（14） |
18
（9） |
30
（15） |
5（3） | 7
（3.5） |
|
| 0.75 | 44
（20） |
44
（18） |
44
（22） |
44
（20） |
75
（18） |
44 | 44
（18） |
22
（11） |
38
（19） |
24
（12） |
30
（15） |
5（3） | 8（4） | |
| 注；1、对于β＜0.20的值按β=0.20的值；
2、 不带括号的值为零附加不确定度的值； 3、带括号的值为0.5%附加不确定度的值； 4、表列数值为位于孔板上游的各种阻流件与孔板之间所需要的最短直管段长度，R/D=1.5； 5、**表示没有数据，使用β=0.4时的长度是足够的。
|
||||||||||||||
表4 ISO/CD 5167 标准孔板（配管束型整流器）上下游直管段长度Lf（以管径D倍数表示）
| β值 | 单个90弯头R/D=1.5 | 在不同平面上的两个90弯头S≤2D，R/D=1.5 | 单个90三通 | 任何其他形式的管件及管路分布 | ||||
| 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| ≤
0.20
|
5-14.5
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14.5
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14.5
（1-n*） |
1-25 | 5-11
（1-n*） |
5-13
（1-n*）
|
| 0.40
|
5-14
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14
（1-n*） |
1-25
（1-n*） |
5-11
（1-n*） |
5-13
（1-n*） |
| 0.50
|
11.5-
14.5 （3-n*） |
11.5-25
（3-n*） |
9.5-14.5
（1-n*） |
9-25
（1-n*） |
11-13
（1-n*） |
9-23
（1-n*） |
0#（3-n*） | 11.5-14.5
（3-n*） |
| 0.60
|
12-13
（5-n*） |
12-25
（5-n*）
|
13.5-14.5
（6-n*） |
9-25
（1-n*） |
0##
（7-n*） |
11-16
（1-n*） |
0
（7-n*） |
12-16
（6-n*） |
| 0.67
|
13（7-n*） | 13-16.5（7-n*）
|
13-14.5
（7-n*） |
10-16
（5-n*） |
0
（8-n*） |
11-13
（6-n*） |
0
（8-10） |
13
（7-n-1.5*） |
| 0.75
|
14（8-n*） | 14-16.5
（8-n*） |
0（9.5-n*） | 12-12.5
（8-n*） |
0
（9-n*） |
12-14
（7-n*） |
0
（9.5） |
0
（8-22） |
| 推荐管束位置 | 13
β≤0.67 |
14-16.5
β≤0.75 |
13.5-
14.5 β≤0.67 |
12-
12.5 β≤0.75 |
13
β≤0.54 |
12-13
β≤0.75 |
9.5
β≤0.46 |
13
β≤0.67 |
| 注；*）n是19管管束整流器上游端面处于最近的阻力件下游曲面或锥面1D处的管径倍数。除了不能给出在孔扳至19管管束整流器下游端面的间隔外，19管管束整流器上游端面最近阻力件下游曲面或锥面的长度至少2.5D；
#）如 β=0.46为9.5； ##）如 β=0.54为13。 |
||||||||
| 注；1.表中给出的直管段长度是19管管束整流器（如ISO/CD5167中5.3.2.1.2所述）下游端和已给的一个安装在19管管束整流器上游距孔板Lf长的特定阻力件的孔板之间答应的长度 。间隔Lf的丈量是从孔板至最近（或唯一）的T型管下游端曲面或渐缩管或渐扩管锥面。表中推荐的管束位置间隔值是适用于特定的β值范围；
2. 对于β＜0.20的值按β=0.20的值； 3. 不带括号的值为零附加不确定度的值； 4. 带括号的值为0.5%附加不确定度的值； 5. 表列数值为位于孔板上游和下游的各种阻力件与孔板之间所需要的最短直管段长度。 |
||||||||
在新的试验数据眼前，假如要保证标准孔板流量计丈量自然气流量的正确度，人们不得不重新审阅现行标准孔板计量标准的修订和现用标准孔板的上游安装条件是否满足要求。同时，现行标准中只列 由七种典型的阻力件类型，并且所需最短直管段长度是在阻力件前活动为充分发展管流条件下试验得到的，这样的条件与现场实际条件有很大差异， 现场阻力件远多于七种，而且阻力件之间的组合更是普遍存在，节流件前的阻力件进口处并非充分发展管流，这种复杂的活动状态如何规定其直管段长度？值得庆幸的是表5和表7中的数值给人们提出了利用上游直管段长度和整流器调整流态的有效方法，固然目前只有配备管束整流器的安装要求。对于其它型式的整流器只列于附录中，将随着试验研究数占有不断丰富和成熟将陆续公布。这说明整流器仍有待完善进步，只有积累足够的系统的试验后才能取得可靠的数据，也才能列于标准中，这些都需要一定的时间才能达到。
另外，在AGA No3（90版）中，为减少安装对流量计量的影响，AGA No3（90版）第二部分推荐了孔板流量计上游和下游直管段的最小长度及孔板到整流器之间的最短间隔。按AGA No3（90版）推荐的整流器的位置，标准孔板流量装置的流出系数C的误差大约为1.0%或更多。当β值升至0.75时，按AGA No3（90版）第二部分的设计孔板流量计上游直管段长度最少应为17D，下游应为5D，整流器至孔板的间隔最少应为7D。
但AGA No3（90版）的规定能否使安装对孔板流量计的计量性能的不利影响减少到最小，文献{2}（美国GRI）最新的研究结果表明，并不存在理想的对于所有情况都能提供最佳孔板定位丈量的管束整流器的定位，最佳定位取决于进口按装、β值、孔板取压位置和管束的设计 。不仅不同的安装能引起流出系数C的结果的变化，而且对相同位置，差异的存在还取决于取压口的位置，由此可见，原标准中关于安装的规定需要修改。现行ISO 5167标准规定整流器应安装在孔板与最接近孔板上游的阻力件之间的直管段长度中，此阻力件与整流器之间的直管段长度应至少即是20D，而整流器与孔板之间的直管段长度应至少即是22D。GRI试验研究分析表明，就目前而言，定位管束整流器下游端至孔板的间隔为10D～12D将能提供较好的流量丈量，这正是新国际标准所改进的最大之处。据最新资料先容，国外GRI的孔板流量计研究集中在研究对管束排列的改进方案及替换整流器的设计，希看当安装在短丈量管路上时，在距孔板最短的上游间隔内，不管进口管路的布置、取压方向及活动状态如何，都可以获得要接受的丈量性能。因此，为进步孔板流量丈量的正确度，必须进行活动状态、管束位置的调整并需现场校准。
从以上分析和表中的数据可以看出，新的ISO/CD 5167和AGA No3报告的流出系数及安装条件和直管段长度要求发生了重大变化，主要有以下几点：
1. 对于尽大多数上游管路安装条件而言，新的上游直管段长度不但明显大于现行AGA No3报告中的数值，而且大于现行ISO 5167-1标准上游直管段长度（见SY/T6143中表2）的数值，由于现场实际条件与标准规定有很大差异，必将对孔板计量产生重大影响，另外也有力说明原来标准规定的上游直管段长度偏低；
2. ISO/CD 5167的下游直管段长度要求基本无变化，而AGA No3报告它对下游直管段长度要求比ISO/CD 5167的下游直管段长度小一倍左右；
3. 现行ISO 5167标准中的列有七种典型的阻力件类型，而现场阻力件远多于七种，且阻力件之间的组合更是普遍存在；新的标准（表1和表3）规定了比较多的阻力件（及组合阻力件），因而更 适应现场的实际条件；
4. 新的ISO/CD 5167和AGA No3报告目前只有配备管束整流器的安装要求，但提供了整流器的性能测试要求，同时由于计量站主要是为了正确计量，确保计量正确度，因而改善现场流场条件主要考虑直管段及整流器的作用。
总的来说，不带整流器的安装位置比原来的规定要长，说明以前的规定流态没达到充分发展流，证实孔板流量计量偏低；同时配备管束整流器的推荐安装位置约13d左右（对几乎所有的β比）。由于国际上新的试验对应产生了新的流出系数公式和新的安装要求，同时考虑到我国事ISO及OIML的成员国，一般情况下我国计量标准应向ISO有关标准靠拢或直接采用，因此今后国内自然气孔板计量标准也应向其靠拢。
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