圖1 各種流動調整器
貿易結算、節能減排對流量儀表準確度提出了更高的要求，欲使流量儀表保持±0.5%~1%的準確度，對絕大多數流量儀表都需有前約30D后約5D（D管內徑）的直管段長度。在現代工程管徑日益增大的情況下，現場很難滿足這個要求，如何解決這個矛盾？本文介紹了流動調整器、內錐流量計以及多孔平衡式、多孔整流式節流裝置，供讀者參考。
近一、二十年以來，在貿易化的背景下，經濟領域中不少物質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因流量計量的誤差所造成的經濟損失。以價廉的水為例，如果一個企業每日用水1萬t，采用的流量儀表誤差為±2%，則每年將多付近15萬元水費（2%×365×10000/天×2元 /噸=146000）；如果是天然氣、石油等昂貴的物質，損失將更突出，因而迫切需要提高流量儀表的準確度。對工控系統來說，過去曾認為流量儀表只要重復性好，無需準確度高。現在看來，這種觀點已不能適應新的要求，如火電廠，由于不能準確地測量進風量，為保證鍋爐爐膛不因缺氧造成燃燒不*而污染空氣引起環保部門的查處，只得采取過量供氣，其結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、風機電能的浪費，從節能降耗角度出發也急待提高流量儀表的準確度。
易忽視的重要因素——安裝直管段長度
流量儀表的生產廠家在技術文件中都注明了準確度，它應是在試驗室經嚴格的程序標定后確定的，但在現場條件下，大多數流量儀表都難以達到這個準確度。
對絕大多數流量儀表來說（容積式、科式雖可除外，但口徑未超過0.25m）流速分布對準確度有舉足輕重的影響。、國內行業標準為此都明確規定了流量儀表前應有30D、后有5D（D為管內徑）的直管段長度，只有這樣，管內的流速分布才能達到充分發展紊流，具有確定的分布規律，采用在試驗室標定的流量系數，才可保證達到廠家所說的準確度[1]。
但實際安裝的現場，從工藝角度出發會有形形色色的各種阻力件（彎頭、閥門、變徑管、歧管等），其出口流速分布也是變化莫測，十分復雜。從節約空間的角度考慮，也不可能安排流量儀表有如此長的直管段長度。因此，流量儀表在現場應用中所達到的準確度將遠遠低于廠家提供的數據。
但是，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場直管段長度達不到規程要求所需的長度，仍會有輸出，對一線的儀表工來說，儀表工作看似仍在“正常”工作，只是與必要的準確度相距甚遠。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，這類儀表的標準ISO07145[2]，規定前直管段應具有30~50D的長度，才可能具有±3%的準確度。顯然，在現場是很難滿足的。
圖2 多孔平衡節流裝置
流動調整器[3]
為解決現場直管段長度不足，又要保持流量儀表具有較高準確度的問題，標準化組織封閉管道流量專業委員會（ISO TC30）多年來一直建議采用圖1所示的各類流動調整器（flow conditioners），管束（AGA/ASME、ISO、AGA、ASME等）、板孔（Mitsabishi）及組合式（Zanker、 Sprenkle）。其中，組合式效果雖好，壓損卻數倍于前兩種；而板孔結構簡單，易于加工、安裝、壓損也較低、發展潛力較大。以上三類各有所長，選用需因地制宜。安裝流動調整器可以在直管段長度達不到規范要求時，仍可保持流量儀表具有較高的準確度，但為什么長期以來并未得到預期的推廣應用？原因不僅在于增加了成本及維護工作量，還在于如圖1所示的管束結構，它本身就要求具有2~4D（D管內徑）長度，而安裝前后又要求具有前4~5D；后（調整器與流量儀表間）3~4D，總共約10D，對于已經“捉襟見肘”的現場直管段長度而言很不現實，難以實現。其次還有以下缺點：a.增加了成本，一臺復合式流動調整器的加工成本不亞于一臺節流裝置；b.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，將沉積在水平調整器的下方，其結果反倒造成了速度分布不對稱的后果，無異于畫蛇添足。c.造成額外的壓力損失。鑒于上述種種原因，雖經ISOTC30多年推薦，并未得到工程界廣泛地認同。但是，它所取得的整流效果，還是啟發了業界的有志之士，為以后開發新型流量儀表提供了依據。
內錐式流量計
數年前，ISOTC30公布了ISO5167新標準，對經典式標準節流裝置的安裝直管段長度提出了更詳細、更苛刻的要求，雖然標準節流裝置在滿足要求的情況下不用單獨標定，流出系數就可達到很高的不確定度（如標準孔板為0.5%）但是現場很難滿足上述條件，市場呼喚一種對直管要求不高又能維持較高準確度的流量儀表。在此背景下，近幾年國內專業媒體、技術講座等都大力推薦美國McCROMETER公司于1986年推出的內錐式流量計，其環形收縮通道確有較好的整流效果[4]。工程應用表明，也確對直管段要求不高，而又能維持較高的準確度。但并非宣傳的那樣，前直管段長度僅需0~3D，對不少此國內高校及研究機構進行了大量的測試[5][6]。測試表明，當β值小于0.6時，流量計準確度可維持±1%，前直管段長度仍需3~5D；如為了減少*壓損，令 β值加大到0.85時，整流效果很差，前直管段長度應加大至10D以上。
內錐與管壁所形成的逐漸收縮的環形通道的確有整流效果應該充分肯定。但也存在以下不足：a○單臂懸掛節流件內錐已為事實證明，確實存在安全隱患，造成了重大事故；b○低壓取壓點位于內錐后方漩渦區，粉塵、污物易堵塞低壓引壓管；c○內錐后沒有動壓轉換為位能的恢復區，所形成的漩渦必然會產生較大的壓損，在β值較小時，其壓力損失僅次于孔板。
圖3 多孔整流節流裝置
針對上述缺點，國內先后推出了基于這種原理，而結構上優化的新型節流裝置，如：槽道、梭式、雙錐式等[6]。但宣傳力度遠不及內錐，推廣應用尚待時日。
多孔平衡節流裝置
本文前面已闡述了采用流動調整器的利弊，由于它本身就需要一定的直管段長度制約了它的推廣應用。在長期的實踐過程中，人們發現縮小流動調整器與節流件之間的距離，對其整流效果影響不大，zui終推出了將整流器與節流件合二為一，即直接將整流器作為節流件的新型節流裝置，這么做不僅節約了成本，還解決了已很局促的直管段長度。在此理念啟發下，2002年美國Rosemount公司首先按類似AGA/ASME的四管整流器推出了四孔孔板（圖2a），據稱可以將直管段長度縮短至2D，仍可維持±1%的準確度。
在此基礎上，2004年美國A+ Flowtek公司又推出了17孔的多孔孔板（圖2b）[7]，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Balanced Flowmeter，譯為平衡流量計，據其說明書，相關技術參數為：準確度±0.5%；直管段要求，前0.5D、后0.5D；量程比，10:1；壓力損失，ΔPe/ΔP為30%。
對于以上這些技術參數是否如廠商宣傳的那么值得商榷，也有待實踐證實。特別有關所需直管長度的表述，行業中一般確定為自節流件前端面（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，是要占有現場直管段的，如此表述誤導用戶。
多孔整流式節流裝置
基于技術的發展及市場的需求，天津市潤泰自動化儀表有限公司自行研發了多孔整流式節流裝置，并在第三方實驗室進行了流出系數、前直管段長度等測試，測試數據表明，由天津市潤泰自動化儀表有限公司研發的多孔整流式節流裝置，在直管段較短情況下，具有較好的整流效果，值得推廣，現將部分數據及相關說明分述如下：
本裝置的節流件是一個按一定規律布局的多孔孔板，其功能除節流外，還具有整流功能，故按其主要功能命名為多孔整流式節流裝置。
實驗設備：為某航天部門的水流量實驗室，實驗設備流量不確定度為0.05%，差壓變送器準確度為0.075%，測試介質為水，測試管徑為DN100。
β值的確定：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。
三種結構性能對比：在前直管段長度約為30D的條件下，對三種結構的多孔節流裝置針對流出系數的重復性、不確定度、線性度進行了對比，數據表明A型（圖3a）的各項技術指標優于B型（圖2b）及C型（圖3b）。
前直管段長度：將A型整流節流裝置進行三種直管段長度（30D、5D、2D）測試，阻力件為90°彎頭測試的數據表明，A型節流件在前直管段僅2D 時，流出系數與基準（30D）的流出系數之間的相對誤差可控制在±1%以內；而當前直管段長度達到5D時，與基準流出系數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確度的現場。
*壓損：由于流體通過多孔節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，應小于孔板，而大于文丘里，這個預測還有待試驗證實。
小結
近十余年以來，貿易結算，工業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確度的流量儀表。內錐流量計因此曾風光一時，但無序的急于推廣，不分場合的非理性選用，已造成了嚴重事故，應吸取教訓，但不宜全盤否定。目前國內外推出的多孔節流裝置，在結構上優于內錐，經測試其數據也表明了較*的性能，值得逐步推廣應用。
應該承認，我國在工業自動化領域與國外尚有差距。改革開放以來，國內不少代理商將*產品、*技術介紹到國內，的確起到一些推動技術進步的作用，但是國外的產品在壟斷的情況下，價格都過于昂貴。為打破這一局面，不能滿足于代理而應立足于自行生產。而生產又不能局限于仿制（內錐流量計應是一個教訓），在認真學習了國外的*技術，并通過應用中出現的問題，就會發現不少國外產品也并非，*可以著手改進，創立具有我國獨立知識產權的新產品。
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