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| 表 | １ | 流量計前直管段長度的一般要求 | |||||
| （ | 彎，無流動調(diào)整器） | ||||||
| ９０° | |||||||
| 種 | 類 | １） | １） | ||||
| 前直管段長度 | 后直管段長度 | ||||||
| 容積式流量計 | ０ | ０ | |||||
| 科里奧利質(zhì)量流量計 | ０ | ０ | |||||
| 電磁流量計 | ５ | ３ | |||||
| 線性孔板流量計 | ６ | ３ | |||||
| 渦輪流量計 | ２０ | ５ | |||||
| 渦街流量計 | ２０ | ５ | |||||
| 超聲流量計 | ２０ | ５ | |||||
| 標準孔板流量計 | ２） | ２） | |||||
| ６～４４ | ２～４ | ||||||
| 標準噴嘴流量計 | ２） | ２） | |||||
| １０～４６ | ４～８ | ||||||
| 注：）管道內(nèi)徑的倍數(shù)； | |||||||
| １ | 有關。 | ||||||
| ）與直徑比 | |||||||
| ２ | β | ||||||
２）流量計上游引發(fā)流場畸變的管件（或阻流件）不同，對直管段長度的要求也不同。表２列出標準孔板完整的直管段要求。表２中的數(shù)據(jù)是研究者根據(jù)一百多年對孔板流量計試驗研究歸納總結得到的，因此既全面又可靠。
３、直管段長度不夠?qū)y量結果的影響：
總的來說，直管段長度不夠時流量測量不確定度相應增大，但是增大多少以及由此引起的附加誤差是正向還是負向，需要具體分析。到目前為止，只有個別類型的流量計有人做過為數(shù)不多的試驗，得到了一些零星的數(shù)據(jù)。
圖１所示是日本富士公司提供的單聲道外夾式超聲流量計上游直管段長度不夠引起的附加誤差曲線［８］。從曲線形狀分析，上游彎頭應是在***不利的方位，如果上游彎頭在有利的方位（彎頭與聲道在同一個平面），附加誤差應當小得多。
圖１ 單聲道外夾式超聲流量計上游直管段長度不夠引起的附加誤差曲線
圖２所示是美國丹尼爾公司（Ｄａｎｉｅｌ）和諾娃公司（ＮＯＶＡ）所做的標準孔板流量計上游直管段長度不夠引起的附加誤差曲線［９］，從圖中的數(shù)據(jù)分析，被試差壓裝置應是環(huán)室取壓，如果是２．５４ｃｍ（１ｉｎ）法蘭取壓或徑距取壓，附加誤差要大得多。
圖２前直管段長度對孔板流出系數(shù)的影響
注：上游不同阻流件（無流動調(diào)整器）對β＝０．５的孔板流量計的影響如果是徑距取壓，由于上游彎頭與取壓口之間相互位置的不同，會有三種不同的結果：
１）當取壓口處于彎管的外圈時，流出系數(shù)趨小，引起正向附加誤差，如圖３所示。
圖３ 取壓口處于外圈
２）當取壓口處于彎管內(nèi)圈時，流出系數(shù)趨大，引起負向附加誤差，如圖４所示。
圖４ 取壓口處于內(nèi)圈
３）當取壓口處于與彎管所在的平面垂直時，流出系數(shù)的偏移應比前兩種情況小得多，如圖５所示。
圖５ 取壓口與９０°彎垂直
因此，在確定取壓口方位時，應考慮***有利的方案。在上面的分析中，直管段長度不夠引起的附加誤差幅值還與節(jié)流件的直徑比β有關，其中β較小時，相同的直管段倍數(shù)引起的附加誤差要小一些。
| 表２ | 無流動調(diào)整器情況下孔板與管件之間所需的直管段 | ［７］ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （ | ） | 孔板下游 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 孔板的上游 入口 側 | （ | ） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 出口 側 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 單 個 | ９０° | 同 一 個 平 | 同 一 平 面 | 單 個 | ４５° | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 直徑 | 互 成 垂 直 | 互 成 垂 直 | 帶 或 不 帶 | 彎頭 | 同心漸縮管 | 同 心 漸 擴 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 彎頭 | 面上 ２ 個 | 上２個９０° | 溫 度 計 插 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 比β | 平 面 上 ２ | 平 面 上 ２ | 延 伸 部 分 | 同 一 平 面 | （ | （ | 全 孔 球 閥 | （ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 任 一 平 面 | ９０°彎頭 | 彎頭 | 在１．５Ｄ～ | 管 在Ｄ～ | 突 然 對 稱 | ３） | 管件 ２～１１ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 個９０°彎頭 | 個９０°彎頭 | 的單個９０° | 上２個４５° | ３Ｄ 長度內(nèi) | ２Ｄ 長度內(nèi) | 或 閘 閥 | 套或套管 | 欄）和密度 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 上２個９０° | Ｓ形結構 | Ｓ形結構 | 收縮 | 直 徑 | ＝ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （ | （ | 由２Ｄ變?yōu)?/td> | 由０．５Ｄ 變 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 彎頭 | （ | １） | ３０Ｄ ＝Ｓ | ５Ｄ | ＞ | 三 通 斜 接 | 彎頭 | 全開 | ４） | 計套管 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ３０Ｄ ＝Ｓ | （１０Ｄ＝Ｓ） | １） | １），２） | （ | １） | ） | ） | ０．０３Ｄ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| １） | １） | ） | ） | ９０°彎頭 | ） | Ｄ | 為Ｄ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （ | ＝５Ｄ | Ｓ | Ｓ＝２Ｄ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ） | ） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｓ＞３０Ｄ | ＞１０Ｄ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| １ | ２ | ３ | ４ | ５ | ６ | ７ | ８ | ９ | １０ | １１ | １２ | １３ | １４ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| — | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | ５） | ６） | |||||||||||||||||||
| Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | Ａ | Ｂ | ||||||||||||||||||||
| ＝０．２０ | ６ | ３ | １０ | ７） | １０ | ７） | １９ | １８ | ３４ | １７ | ３ | ７） | ７ | ７） | ５ | ７） | ６ | ７） | １２ | ６ | ３０ | １５ | ５ | ３ | ４ | ２ | |||||||||||||||||||
| ０．４０ | １６ | ３ | １０ | ７） | １０ | ７） | ４４ | １８ | ５０ | ２５ | ９ | ３ | ３０ | ９ | ５ | ７） | １２ | ８ | １２ | ６ | ３０ | １５ | ５ | ３ | ６ | ３ | |||||||||||||||||||
| ０．５０ | ２２ | ９ | １８ | １０ | ２２ | １０ | ４４ | １８ | ７５ | ３４ | １９ | ９ | ３０ | １８ | ８ | ５ | ２０ | ９ | １２ | ６ | ３０ | １５ | ５ | ３ | ６ | ３ | |||||||||||||||||||
| ０．６０ | ４２ | １３ | ３０ | １８ | ４２ | １８ | ４４ | １８ | ８） | ２５ | ２９ | １８ | ３０ | １８ | ９ | ５ | ２６ | １１ | １４ | ７ | ３０ | １５ | ５ | ３ | ７ | ３．５ | |||||||||||||||||||
| ６５ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ０．６７ | ４４ | ２０ | ４４ | １８ | ４４ | ２０ | ４４ | ２０ | ６０ | １８ | ３６ | １８ | ４４ | １８ | １２ | ６ | ２８ | １４ | １８ | ９ | ３０ | １５ | ５ | ３ | ７ | ３．５ | |||||||||||||||||||
| ０．７５ | ４４ | ２０ | ４４ | １８ | ４４ | ２２ | ４４ | ２０ | ７５ | １８ | ４４ | １８ | ４４ | １８ | １３ | ８ | ３６ | １８ | ２４ | １２ | ３０ | １５ | ５ | ３ | ８ | ４ | |||||||||||||||||||
直管段是孔板上游或下游各種管件與孔板之間的直管段長度，直管段應從***近的（或的）彎頭或三通的彎曲部分的下游端測量起，或者從漸縮管或漸擴管的彎曲或圓錐部分的下游端測量起；
② 直管段所依據(jù)的大多數(shù)彎頭的曲率半徑等于１．５Ｄ；
③ 數(shù)值以管道內(nèi)徑Ｄ的倍數(shù)表示。
１）Ｓ是上游彎頭彎曲部分的下游端到下游彎頭彎曲部分的上游端測得的２個彎頭之間的間隔；
２）該方式不是一種好的上游安裝方式，如有可能宜使用流動調(diào)整器；
３）安裝溫度計插套或套管將不改變其他管件所需的***短上游直管段；４）只要Ａ欄和Ｂ欄的值分別增大到２０和１０，就看安裝直徑０．０３Ｄ～０．１３Ｄ的溫度計插套或套管，但不這種安裝方式；５）每種管件的Ａ欄都給出了對應于“零附加不確定度”的直管段；６）每種管件的Ｂ欄都給出了對應于“０．５％附加不確定度”的直管段；
７）Ａ欄中的直管段給出零附加不確定度；目前尚無較短直管段的數(shù)據(jù)可用于給出Ｂ欄的所需直管段；
８）如果Ｓ＜２Ｄ，ＲｅＤ ＞２×１０６ 需要９５Ｄ。
４、直管段長度不夠時的處理：
作為自控工程設計人員，在施工圖設計時，總是要為流量計尋找一個理想的安裝地點，其中就包括解決直管段長度問題，但有時由于場地限制，無法保證直管段長度。在既有的管道上增設流量計更是如此，因為在管道鋪設時，基本不會預留安裝流量計的位置，所以保證直管段長度會成為面臨的棘手問題。根據(jù)各種具體情況，有下面幾個方法可供選擇。
１）管線繞道法。圖６所示為工業(yè)鍋爐產(chǎn)汽流量渦街流量計安裝俯視圖。
圖６ 渦街流量計及前后直管段
彎頭就在爐頂以水平方向鋪設，由于既有的管道安裝了１臺ＤＮ１５０的渦街流量計直管段長度不能滿足要求，因而***簡單有效的方法是與設備專業(yè)人員協(xié)商，將既有管道進行改裝，例如將圖６中的管段ａ改為ｂ，ｃ，ｄ，如圖７所示。由于直管段加長了一段ｄ，從而滿足了直管段要求。
２）讓步法。所謂讓步法就是對某項指標作出讓步，該方法在產(chǎn)品質(zhì)量管理中是普遍使用的。例如在化工生產(chǎn)中，從流程末端流出的產(chǎn)品達不到一級品指標，但能達到二級品指標，于是就作二級品入庫銷售，而不是將其報廢，這樣在經(jīng)濟上比較劃算。
圖７ 管線繞道后的配管示意
在流量計使用現(xiàn)場，如果直管段長度無論如何也不能滿足要求，流量測量結果也不是用于貿(mào)易結算，而是用于一般監(jiān)測或過程控制，可嘗試采用讓步法。例如表２標準所列的直管段長度中，Ａ列的數(shù)據(jù)是達到０．５％不確定度必須滿足的直管段長度，如果用戶肯將不確定度讓步到１％，則滿足Ｂ列直管段長度即可，這樣就使直管段長度要求大幅降低。其他類型的流量計，也可參考該表格。
３）在有直管段要求的各種類型流量計中，流量傳感器在管道上的安裝方位同測量結果的關系，有些不受上游彎頭方向的影響，例如渦輪流量計和環(huán)室取壓差壓流量計，但大多數(shù)類型的流量計都對上游彎頭方向很敏感，例如圖１所示的外夾式單聲道超聲流量計［１０］，圖３～圖５所示的差壓流量計以及圖６所示的渦街流量計，因而應將流量傳感器在管道上的安裝方位選擇在***有利的位置。
ａ）以差壓式流量計為例，圖８所示為取壓口位置示意。取壓口的取向應考慮被測流體為液體時，應防止氣體進入導壓管；被測流體為氣體時，應防止液滴或污物進入導壓管。當測量管道為垂直時，取壓口在取壓位置的平面上，方向可任意選擇，即α可大可小，選擇的范圍就大了。
圖８ 取壓口位置安裝示意（徑向）
| ）在圖 | ６ | 所示的渦街流量計實例中，業(yè)主單 | 長度不夠也不影響測量度，這是因為渦街流量 | ||||
| ｂ | |||||||
| 位沒有選擇管線繞道的方法，而是選擇了將旋渦發(fā) | 計在出廠前都經(jīng)過實流標定，流量標準裝置的直管 | ||||||
| 生體旋轉(zhuǎn)９０°，即將接線盒安裝在水平管道的側 | 段都相當長，所以流量計前管道內(nèi)流體的速度分布 | ||||||
| 面，收到了很好的效果 | ［９］ | 是對稱的，也不存在旋渦。圓形流通截面中流速*** | |||||
| ，經(jīng)質(zhì)量平衡驗證和能量 | |||||||
| 平衡驗證，達到很高的度。 | 高點與軸心重合， 臺渦街流量計的流量系數(shù)就是 | ||||||
| １ | |||||||
| ）在圖 | ９ | 中，將旋渦發(fā)生體旋轉(zhuǎn) | 后直管段 | 在這樣的條件下標定出來的。 | |||
| ｃ | ９０° | ||||||
圖９ 取壓口位置安裝示意（俯視）
ｄ）在圖１０中，流體在管道內(nèi)高速流動，由于流體的離心力作用，流場產(chǎn)生畸變，使***高流速向圖的下方偏移，這種偏移使***高流速點不再對準旋渦發(fā)生體的中心，從而使流量計的旋渦剝離頻率相對減小，引起儀表示值偏低。
圖１０ 管道內(nèi)的流場分布與發(fā)生體位置
而當旋渦發(fā)生體的方向被旋轉(zhuǎn)９０°后，流場的畸變情況雖然無變化，但***高流速點卻對準了發(fā)生體的中心線，如圖１１所示。
圖１１ 旋渦發(fā)生體處于水平位置
該方法對安裝在垂直管道上的電磁流量計、單聲道超聲流量計也適用，但對安裝在水平管道上的電磁流量計和單聲道超聲流量計就要適當修正才能應用。因為電磁流量計不允許將電極安裝在水平管道的上方和下方，如果電極被布置在水平管道的水平直徑方向則處于***不利的位置，可將１對電極所組成的連線在圓周方向旋轉(zhuǎn)４５°。單聲道超聲流量計如果１對換能器被布置在水平管道的水平直徑方向也處于***不利的位置，則可將１對換能器之間的聲道所組成的平面在圓周方向旋轉(zhuǎn)４５°，這樣處理雖然效果比不上旋轉(zhuǎn) ９０°，但比***不利的位置要好得多。
４）加裝流動調(diào)整器。流動調(diào)整器可用于減少上游直管段長度。配合性實驗表明，它可以用在任何上游管件的下游。目前在ＩＳＯ５１６７正文中只列入２ 種流動調(diào)整器：１９ 根管束式流動整直器（１９９８）和Ｚａｎｋｅｒ流動調(diào)整板，流動調(diào)整器在標準中列有適用的節(jié)流件和阻流件類型以及具體的安裝位置等。
５）選用直管段要求低的流量計。由于各種不同類型的流量計對直管段長度的要求差異懸殊，如果原來所選的流量計直管段要求較長，而且無論如何也滿足不了要求，應改選直管段長度要求較低的型號。
６）對影響值進行評估。直管段長度不夠時，流量計不確定度增大，是由于管道內(nèi)的速度分布畸變，使得儀表的實際流量系數(shù)與出廠標定時的流量系數(shù)不一致。
如果按照現(xiàn)場實際的管件種類和直管段長度組裝成１套帶前后管段的流量計，放在流量標準裝置上，標定出該臺儀表的流量系數(shù)，然后配套使用，并使用此流量系數(shù)計算流量，也就排除了直管段長度不夠?qū)y量結果的影響。該方法在鉆井平臺等場地有限的場合，經(jīng)常采用。
５、結束語：
在種類繁多的流量計中，通常對流量計前后直管段有特定的要求。由于工作原理的不同，對直管段長度的要求也不同；阻流件的類型不同，對直管段長度的要求也不同，設計時應區(qū)別對待。
在遇到直管段長度不夠時，針對不同的現(xiàn)場情況和流量計的不同用途，可分別采用管線繞道法、降低度指標法、加裝流動調(diào)整器法、選擇***有利的安裝方位法以及改選直管段長度要求較低的流量計等方法，使問題得到解決。
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