0 概述

      标准孔板流量计是国内外研究得最早、试验数据最多、使用经验最丰富、标准化程度最高的计量手段，但是目前国际上仍无统一的国际标准用于天然气流量计量。众所周知，国际上标准孔板存在着两个平行的标准：ISO 5167.1-1991和AGA NO.3。近二十年来，欧美的流量计量专家以学术研究方式，再一次进行了大量试验研究工作，建立了有16376个试验数据点的API+EEC数据库，并逐步取得共识。1998年ISO 5167.1标准颁布了修订补充件，将流出系数计算用API+NEL公式（新RG公式）替代原Stolz公式。根据对安装条件及流动调整器的进一步研究，API 2530于2000年8月发布了AGA NO.3第二部分新版本，安装条件有重大变化，2003年3月ISO发布了ISO 5167-1.2.3.4正式标准。这两个孔板计量标准均考虑了近二十年来的大量精确试验数据，流出系数计算公式采用API+NEL公式，安装要求也基本一致，逐渐趋于统一，对各国流量计量有着较大影响。

      为加快我国天然气流量计量与国际惯例接轨，逐步实行按质论价，针对国际上近几年来在天然气孔板流量计量技术及标准方面的新资料，针对新版ISO 5167标准和新版AGA NO.3报告的特点和要求，从标准先进性和适用性及标准的连续性出发，采用国外近二十年来的最新试验研究成果，并充分考虑天然气介质的特殊性和我国天然气计量长期实践的经验、做法以及我国国家标准GB/T 17747-1999《天然气压缩因子计算》、GB/T 11062-1998《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》和GB/T18603-2001《天然气计量系统技术要求》的贯彻实施，修订了SY/T 6143-1996标准。

      SY/T 6143-2004标准与SY/T 6143-1996标准比较，主要变化有两个方面：一是计算方法；二是安装要求。本文就安装要求方面的主要变化及其根据进行阐述。

      1 对孔板的安装提出新的要求

      1.1 安装要求变化简介

      新的ISO 5167和新的AGA NO.3报告在上游直管段长度和安装要求方面基本达到了统一。按SY/T 6143-1996标准的要求，其孔板上下游直管段最短长度应根据上游阻流件形式和β比由该标准表2查取，其最短时上游5D，下游4D，最长时上游70D，下游8D（D为上游测量管内径）。SY/T 6143-2004标准的要求为该标准的表2（不安装流动调整器）和表3（安装19管束流动调整器）的直管段最短长度。比较该标准的表2和表3可知，安装流动调整器可以缩短孔板上游直管段的长度，减少节流装置的占地面积。计量站往往是与其它功能站合建的。像该标准的表2要求长达145D直管段是难予满足的，在管路上难免要遇到分离器、汇气管、空间弯头、阀门和大小头等阻流件干扰，使其天然气流态产生旋涡和不对称等复杂流动。为了使流动介质在流入孔板前是轴对称、无旋涡充分发展的速度分布，确保流量计量的准确度，经许多流量专家们的试验研究，已研制出多种型式流动调整器，但列入新版ISO 5167正文的只有AGA NO.3的19管柬流动调整器和Zanker整流板。在汇气管和复杂管路布置的下游安装19管束流动调整器，可将要求145D的直管段缩短至3OD；安装Zanker整流板可缩短至17D。

      19管柬流动调整器的结构是美国和国际上经过几十年的现场试验研究，特别是20世纪80~90年代的现场试验研究而确定的。AGA NO.3在2000年4月第四版颁布的《天然气及其它烃类流体的孔板流量计》第二分册技术规定及安装要求，所规定1998同心l9管束流动调整器，与ISO 5167-2《孔板流量计》2003年版正文中规定的l9管束流动调整器，是一样的。但是应特别注意，ISO 5167-2《孔板流量计》2003年版正文中规定的对19管束流动调整器和Zanker整流板的结构设计、制造和组装只提供了同轴度、平直度、圆度和对称度等原则性要求，其同轴度、平直度、圆度和对称度等指标应适应节流装置相关项的要求，根据计量流体力学原理计算加以确定。对于流动调整器的试制定型、改型定型、周期抽检、停产恢复和仲裁检定，还需进行型式批准的性能测试。如果流动调整器设计、制造不好，其本身就成了一个干扰流态的阻流件。因此设计选型、安装使用应特别注意。

      SY/T 6143-2004标准不限制对其它型式流动调整器的设计、试制和使用，但应逐一按新修订的SY/T 6143-2004标准附录B进行性能测试，并提供流出系数的微小变化和安装方式。

      流动调整器性能测试的目的是为了证明在孔板上游安装有各式各样复杂的阻流件，其直管段要求很长；而在直管段的规定位置安装流动调整器后减少了所需直管段长度，在规定的雷诺数范围和规定的β值范围满足流量测量的性能指标。

      1.2 SY/T 6143-2004标准与SY/T 6143-1996标准安装要求的变化

      无论是夹式的或阀式的孔板节流装置，就安装要求而言，SY/T 6143-2004（新版ISO 5167）与SY/T 6143-1996比较，对孔板上游测量管圆度、直径、内壁粗糙度和上下游直管段最短长度、直度要求及安装流动调整器规定等都有较大的变化。

      1.2.1 孔板与测量管的同轴度提法不同

      孔板的开孔应与测量管同心、同轴，这一点SY/T 6143-004标准与SY/T 143-996标准的提法不一样。修订的SY/T 6143-004标准的提法为：孔板开孔应与测量管和夹紧环（当采用时）同轴。对于每个取压孔，在测量管中位于与取压孔平行和垂直的轴线方向上，分别对孔板开孔轴线和测量管轴线之问的距离按规定公式进行计算确定。

      1.2.2 直管段内壁粗糙度的确定方法增多规定更具体

      直管段内表面粗糙度用粗糙度概念算术平均偏差概念，明确提出应在与用于确定和检验测量管内径相同的轴向位置上进行至少4次的测量确定。

      在孔板上游侧至少10D和下游侧至少4D的长度范围内的直管段部分（测量管）的内表面，其粗糙度限值是不同的。SY/T 6143-1996只有上限值规定，并用相对粗糙度制表（见SY/T 6143-1996表4）。而SY/T 6143-2004既有上限值规定，也有下限值规定，并用104Ra/D制表（见SY/T 6143-2004表5-6）。

      1.2.3 直管段提出了直度指标

      节流装置用的直管段应该是直的。当与管道直线的偏差不超过其长度的0.4%时，则认为管道是直的，通常情况下只需目测检验。上下游直管段上管段对接引起管道直线的偏差也应不超过其长度的0.4%。

      1.2.4 装配和垫片安装提法不同

      为了满足安装要求，应将孔板、夹紧环和上游侧10D或和流动调整器（包括配对法兰）及下游侧4D（包括配对法兰）的测量管部分先行配套组装，检验合格后再装入管道与直管段长度不足的部分连接，所产生的沟漕应受到限制。应沿着直管段轴线平行方向测量沟漕长度，10D内按上述要求；10D外当轴向长度小于或等于6.35mm时，不受深度限制；当轴向长度大于6.35mm沟漕深度应小于或等于0.02D。

      在离孔板上游端面2D长度的下游直管段上，管道内径与上游直管段的内径平均值之差应不超过内径平均值±0.5%（SY/T 6143-1996为±3%），可通过检测下游直管段一个直径的方法判断。

      在所要求的最短直管段长度范围内，管道横截面应该是圆的。邻近孔板2D范围内作特殊检验，2D~10D在现场用量具作常规检验，10D外作一般检验，一般检验只要目测检验表明管子外部是圆的，就可认为横截面是圆的。

      1.3 孔板节流装置的管路布置比较

      SY/T 6143-2004标准在管路布置上与SY/T 6143-1996标准比较有很大的不同，根本改变了原来的管路布置要求。SY/T 6143-2004标准表2列出了各种阻流件要求的最短直管段长度，但在孔板上游安装流动调整器时可以缩短。对于其它任何阻流件（特别是汇管）和复杂管路，推荐在阻流件和复杂管路的下游设置流动调整器，以缩短直管段长度。当所用直管段等于或比表2的规定值长时，则符合SY/T 6143-2004标准。当上游或下游直管段短于表2的规定值时，需采用加装流动调整器或在线校准措施。

      在进行流量测量时，表2所示阀门应为全开。建议用孔板下游的阀门来控制流量。孔板上游的截断阀应设为全开直通径球阀或闸阀，该阀门应配备限位器以便指示开启位置，其公称直径与上游管道相同，与相连管道内径可以不同。

      在节流装置中，测量管内径与相邻管道系统内径相匹配的上游阀门，设计成全开状态，直径差和台阶不大于±0.3%所允许的规定值，可被认为是直管段长度的一部分，但在测量流量时，阀门应完全打开，其它阀门不应直接安装在孔板的上游（如调节阀），需要时用孔板下游阀实现流量控制和调节。推荐将流动调整器安装在孔板上游与汇气管的下游之间。要求气流温度最好在孔板下游侧直管段外测得，它与孔板之问的距离可等于或大于5D，但不得超过15D。

      1.4 流动调整器安装

      流动调整器的作用可减少上游直管段的长度，可通过性能测试给出的合格性试验或专用测试数据，用在任何上游阻流件的下游。在任一条件下，测试流动调整器均应采用孔板进行。

      19管束流动调整器和Zanker整流板可用在孔板上游的任一阻流件下游，以减少所需上游直管段长度。SY/T 6143-2004标准的5.4.3提供了19管束流动调整器的设计、制造、组装和安装规定，5.4.4提供了Zanker整流板的设计和安装规定，附录B提供了对用在孔板上游的流动调整器进行性能测试的资料。对于其它型式流动调整器的设计、试制和使用，应按附录B中B.2，B.3逐一进行性能测试，并能提供流出系数的微小变化和安装方式。

      这些技术要求是根据ISO 5167 2《孔板流量计》2003年版的技术规定及安装要求和AGA NO.3在2000年4月第四版颁布的《天然气及其它烃类流体的孔板流量计》第二分册同心直角边孔板流量计技术规定及安装要求提出的。孔板节流装置应由持有有效生产孔板节流装置证书的生产厂生产，其结构设计、加工制造和装配检验按相关技术要求，特殊要求时还应作型式试验。只要安装到位，它的各项技术指标可以达到标准规定，一般不必实流校准，直接用于流量测量，其流量值按标准规定的公式计算，不确定度也在标准规定的范围内。

      2 结束语

      SY/T 6143-2004标准于2004年7月3日由国家发展和改革委员会发布，同年11月1日实施。为了让全国从事天然气计量工作的人员对SY/T 6143-2004标准更易理解，在天然气流量计量工作中正确贯彻实施，本文在此就SY/T 6143-2004标准与SY/T 6143-1996标准在安装要求方面的主要变化及其根据进行了阐述。当然还有其它一些小的变化，这些变化主要来源于IS0 5167-1.2（20O3年版）和AGA NO.3（2000年版），不必再一一进行分析。希望读者在执行SY/T 6143-2004标准中遇到问题，我们尽量给予解释或一起讨论，力求准确解读，正确贯彻实施。

      参考文献：

      [1] ISO 5167.1-1991，用安装在充满流体的圆形截面管道中差压装置测量流量[S].
      [2] ANSI/API 2530 Report NO.3-1990~1992（1.2.3.4），天然气流体计量用同心直角边孔板流量计[S].
      [3] ANSI/API 2530 Report NO.3-2000（2），同心直角边孔板流量计技术规定和安装要求[S]
      [4] ISO 5167-1.2.3.4-2003，用安装在充满流体的圆形截面管道中差压装置测量流量[S].
      [5] SY/T 6143-2004，用标准孔板流量计测量天然气流量[S].
      [6] SY/T 6143-1996，天然气流量的标准孔板计量方法[S].

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