長(zhǎng)期以來，節(jié)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(yè)如化工、電力、鋼鐵、冶金、石油天然氣等，多采用它用以監(jiān)測(cè)流量參數(shù)。在流量?jī)x表市場(chǎng)中，數(shù)量約占60%以上的份額。對(duì)于這種量大面廣的儀表，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織“封閉管道中流體流量測(cè)量專業(yè)委員會(huì)”（ISOTC30）極為重視，制定了節(jié)流裝置流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)ISO5167，并根據(jù)使用中出現(xiàn)的問題不斷進(jìn)行修改、完善。我國(guó)的節(jié)流裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2624-93）與其接軌，也等效采用ISO5167。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOTC30經(jīng)兩年多的討論醞釀，重新修訂了ISO5167，于2003年3月公布執(zhí)行ISO5167新的標(biāo)準(zhǔn)。
ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)修改的主要內(nèi)容
· 在沒有流動(dòng)調(diào)整器條件下，對(duì)節(jié)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(zhǎng)的要求；
· 建議在節(jié)流裝置上游安裝流動(dòng)調(diào)整器，以適當(dāng)縮短所要求的直管段長(zhǎng)度；
· 根據(jù)大量數(shù)據(jù)回歸的R/G公式取代原來的sto1z公式；
· 采用新公式來計(jì)算孔板的可膨脹系數(shù)；
· 修訂了關(guān)于孔板不同軸度、不平度及上游管內(nèi)壁粗糙度的限制要求。
ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)孔板前直管段長(zhǎng)度的要求增大了4～17D，達(dá)到了30～70D左右。這個(gè)長(zhǎng)度在工程實(shí)施中存在相當(dāng)大的難度，甚至是不可能的，面對(duì)ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)，我們?cè)撛趺崔k？
流量?jī)x表在工程中的應(yīng)用，不外乎以下幾種情況 ：①貿(mào)易計(jì)量，進(jìn)行物流的核算，準(zhǔn)確度是首要的，如直管段達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，直接影響到準(zhǔn)確度的下降；②工藝流程的監(jiān)測(cè) ；主要了解工藝流程是否正常，可靠性是主要的；③工控系統(tǒng)中的檢測(cè)環(huán)節(jié)，作為調(diào)節(jié)的依據(jù)，重復(fù)性是主要的。因此，在直管段達(dá)不到要求時(shí)，孔板（或節(jié)流裝置）仍可工作，只是準(zhǔn)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(dòng)調(diào)整器
在直管段長(zhǎng)度達(dá)不到新標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，管道中的流速分布不是充分發(fā)展紊流，流速分布不對(duì)稱，有畸變還可能有漩渦、回流（圖1）。ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)建議采用流動(dòng)調(diào)整器，認(rèn)為選用后可改善流動(dòng)情況，無需過長(zhǎng)的直管段即可達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。
圖1：雙彎頭后滑流的流速分量
但這并非萬(wàn)全之計(jì)，因?yàn)樗诟纳屏肆鲃?dòng)情況的同時(shí)，也帶來了以下弊病：①增加成本。制造一臺(tái)流量調(diào)整器的成本不亞于一臺(tái)流量計(jì)。②增加安裝、維修工作量。③易于堵塞。采用流動(dòng)調(diào)整器緣于在直管段達(dá)不到ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)要求的長(zhǎng)度，仍希望維持孔板等節(jié)流裝置較高準(zhǔn)確度的一項(xiàng)技術(shù)措施?？墒屡c愿違，由于效果好的流量調(diào)整器均易于堵塞，并造成了流動(dòng)的畸變，它又反過來降低了測(cè)量準(zhǔn)確度。要徹底解決問題，只有采用新型節(jié)流裝置。而目前業(yè)內(nèi)比較熱衷的便是采用內(nèi)錐式流量計(jì)。
內(nèi)錐式流量計(jì)
上世紀(jì)80年代中期，由美國(guó)MCCROMETER公司研制、推出了這種新型節(jié)流裝置 — 內(nèi)錐式流量計(jì)（圖2），由于內(nèi)錐具有整流作用，要求前、后直管段長(zhǎng)度都很小。特別適用于ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)公布后所面臨的困境。
▲ 原理
內(nèi)錐式流量計(jì)仍是一種通過節(jié)流取差壓以反映流量大小的節(jié)流裝置。節(jié)流件為一個(gè)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(dòng)（即未形成節(jié)流，流體未加速）的管壁 ；低壓P2取自后錐體中央，并通過內(nèi)錐支承桿引至管外，其差壓△P的平方根與流量成正比。計(jì)算與孔板、噴咀等類似，只需要將環(huán)形通道面積折合為孔板內(nèi)孔面積。
▲ 突出的優(yōu)點(diǎn)
● 錐體整流，縮短直管段
長(zhǎng)期以來，人們都認(rèn)為變徑管（或稱異徑管）是破壞流場(chǎng)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(shí)，收縮管（即管道截面由大變?。⒋偈沽黧w加速，其效果具有消除漩渦、促進(jìn)流動(dòng)層面的相互作用，在一定條件下可以在較短的長(zhǎng)度內(nèi)達(dá)到較理想的流速分布。內(nèi)錐式流量計(jì)使流通截面由大變小，其效果相當(dāng)于一個(gè)流動(dòng)調(diào)整器，可以縮短節(jié)流裝置所必需的直管段長(zhǎng)度 ；至于是否短到廠家所說僅為0～3D，還應(yīng)有待試驗(yàn)證實(shí)。
● 邊緣耐磨，改善穩(wěn)定性
幾十年來，孔板曾被公認(rèn)為是一種不用實(shí)標(biāo)的準(zhǔn)確流量計(jì)，常用于物流的計(jì)量核算，而它的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是值得質(zhì)疑的。根據(jù)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，孔板的節(jié)流孔邊緣厚度e僅為0.005～0.02D ；光潔度應(yīng)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(qiáng)烈，使用不久銳邊將變大，并產(chǎn)生毛刺不再光滑，流量系數(shù)也將隨之變化。
而內(nèi)錐式流量計(jì)則不然，在錐體的最大截面的邊緣，由于附面層的保護(hù)（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(gè)鈍體而不是銳角，也經(jīng)得起沖刷。因此，內(nèi)錐式流量計(jì)流量系數(shù)可長(zhǎng)期穩(wěn)定不變。
圖2：內(nèi)錐式流量計(jì)原理圖
為什么孔板沒有附面層保護(hù)呢？附面層厚度δ=KLReX，（其中L是特征長(zhǎng)度，Re是雷諾數(shù)，K,X為系數(shù)）孔板的特征長(zhǎng)度等于零，無法形成附面層保護(hù)。
● 環(huán)形通道，適用于臟污流
各工程現(xiàn)場(chǎng)中的流體都難以保證潔凈，多年來，節(jié)流裝置中采用最多的孔板，由于其下游會(huì)形成一個(gè)回流區(qū)，流體中的臟污物、凝析物等將滯留在這個(gè)區(qū)域，日積月累，將改變節(jié)流比β值，引起流量系數(shù)的變化，其次污物還會(huì)阻塞測(cè)壓孔，使孔板難以正常工作。
而內(nèi)錐式流量的節(jié)流部分的環(huán)形通道，錐體后未形成滯流區(qū)，當(dāng)流體流過邊緣時(shí)，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(jié)
· 直管段長(zhǎng)度 ：內(nèi)錐式流量計(jì)問世已十多年，鮮為人知。近二年由于提出了ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)，加長(zhǎng)了孔板等節(jié)流裝置所需的直管長(zhǎng)度，使其難以使用，在不少會(huì)議、媒體上出現(xiàn)了一股“內(nèi)錐熱”，認(rèn)為其所需直管段前僅為0～3D；后為0～1D，幾乎可有可無。內(nèi)錐的整流作用真的能神奇到這個(gè)地步？據(jù)了解不少阻力件（如雙彎頭）后漩渦區(qū)的消失就需3D以上。
· 流動(dòng)調(diào)整器 ：在制定節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOTC3O多次建議采用流動(dòng)調(diào)整器，由于現(xiàn)場(chǎng)的惡劣條件，流體欠潔凈，將會(huì)帶來不少問題，難以達(dá)到預(yù)期效果。
· 標(biāo)準(zhǔn)化 ：孔板長(zhǎng)期公認(rèn)為是無需標(biāo)定而又準(zhǔn)確的流量計(jì)，為此制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO5167）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB-2624），因此常用于物流計(jì)量及貿(mào)易核算中，ISO5167的新標(biāo)準(zhǔn)提出的直管段長(zhǎng)度使孔板的應(yīng)用陷入困境，不少專家建議采用內(nèi)錐式流量計(jì)取代孔板，舉出了不少優(yōu)點(diǎn)，前景誘人。但由于還缺乏足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，無論國(guó)際還是國(guó)內(nèi)還未制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。用于物流貿(mào)易核算，目前還缺乏計(jì)量法的依據(jù)。
· 需理性、勿過熱 ：某一流量?jī)x表一統(tǒng)天下局面短期還難以形成。
