概  述

    目前，在上仍無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)用于天然氣流量計量，利用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量流體流量存在兩個平行標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167-1、API 2530 （AGA No.3）。由于通用和專門用于測量天然氣存在一定差異，而給我國制定天然氣孔板計量標(biāo)準(zhǔn)帶來一定困難。但標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計是國內(nèi)外研究的zui早、zui細(xì)、試驗數(shù)據(jù)zui多、使用經(jīng)驗zui豐富、標(biāo)準(zhǔn)化程度zui高的計量手段。因此近二十年，歐美的流量計量專家以學(xué)術(shù)研究方式進行了大量試驗研究工作，積累了大量試驗數(shù)據(jù)，建立了有16376個試驗數(shù)據(jù)點的API+EEC數(shù)據(jù)庫，并逐步取得共同認(rèn)識，統(tǒng)一的流出系數(shù)計算采用API+NEL公式。1998年ISO 5167-1標(biāo)準(zhǔn)修訂補充件已頒布，它主要將流出系數(shù)計算公式用API+NEL公式替代原StoIz公式，并根據(jù)對安裝條件及整流器的進一步研究，于1999年3月出版了CD文件，這對GB/T2624-93、AGA No.3報告均有重要影響。API 2530（AGA No.3）于2000年8月發(fā)布了新版本，安裝條件有較大變化，兩個標(biāo)準(zhǔn)均考慮了近20年來的大量數(shù)據(jù)，流出系數(shù)計算公式采用API+NEL公式形式。上兩個標(biāo)準(zhǔn)將逐漸趨于統(tǒng)一，主要技術(shù)要求的文本也將發(fā)至各成員國，這次修訂對國內(nèi)外流量計量有著較大影響，也為我國制定天然氣孔板流量計量的國家標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)條件。

    為加快我國天然氣計量技術(shù)與慣例接軌，跟上標(biāo)準(zhǔn)的變化，充分利用*標(biāo)準(zhǔn)的成果與經(jīng)驗，針對上近幾年來在大規(guī)模試驗基礎(chǔ)上上天然氣孔板流量計量標(biāo)準(zhǔn)中流出系數(shù)及安裝條件和直管段長度要求的變化，本文對此進行了分析研究，這對我國天然氣計量標(biāo)準(zhǔn)盡快與*標(biāo)準(zhǔn)接軌有著十分重要的意義。

                                流出系數(shù)的變化分析

    ISO 5167、AGA No.3、SY/T6143標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的天然氣流量計量標(biāo)準(zhǔn)，GB/T2624-93等效采用了標(biāo)準(zhǔn)ISO5167-1。經(jīng)過十余年的試驗建立起嶄新的數(shù)據(jù)庫，在此數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上用數(shù)理統(tǒng)計方法回歸出新的流出系數(shù)公式——Reader.Harries.GaIIagher公式（RG公式90版），而后API聯(lián)合NEL對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)重新處理，推出API+NEL公式（RG公式98版）。2000年8月頒布的AGA No.3流出系數(shù)計算公式采用90版RG公式，1999年ISO/CD5167文件流出系數(shù)計算公式采用的是98版RG公式。90版、98版RG公式和StoIz公式的表達(dá)式如下：

1.98版RG公式的表達(dá)式如下：

（1）

 當(dāng)D<71.12mm（2.8）時，式（1）中的C值還要加上式（2）的值。

                          （2）

                                             （3）

                                        （4）

對于角接取壓：L1=L2=0；對于法蘭取壓：L1=L2=25.4/D ；對于D和D/2取壓：L1=1，L2=0.47。

公式（1）為在大規(guī)模試驗數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上用數(shù)理統(tǒng)計方法回歸出的新的流出系數(shù)公式，即98版RG公式，該公式的特點：

a、具有嚴(yán)格的物理基礎(chǔ)，斜率項物理意義更明確，并被分為兩個部分；

b、符合程度甚佳，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差比其它公式?。?/p>

c、公式與現(xiàn)行的API的RG公式僅在常數(shù)及冪上略有不同，因此可保證上孔板流出系數(shù)公式的一致性；

d、與其它公式（如StoIz公式）比較，同樣具有基本部分、取壓部分和管道雷諾數(shù)相關(guān)性部分，并且是由實驗研究的1萬多個由水、油、氣實驗數(shù)據(jù)點擬合的。較StoIz公式更*、更準(zhǔn)確，更具代表性。

2.90版RG與98版RG公式只是某些參數(shù)有差別，表達(dá)式如下：

（5）

當(dāng)D<71.12mm（2.8）時，式（5）中的C值還要加上式（6）的值。

                                  （6）

3.StoIz公式表達(dá)式如下：

（7）

對于法蘭取壓，當(dāng)0.0900L1≥0.0390時，0.0900L1取0.0390值。

通過對三個流出系數(shù)公式的計算（省略），得出如下結(jié)論：

1.98板RG公式充分考慮了小口徑管段的計量，以DN71.12為分界點，擬合過后增加了一項小口徑修正項即式（2），而StoIz公式對此未予考慮故計算的流出系數(shù)C均偏小，因此98板RG公式更加符合實際情況。

2. 對于角接取壓，當(dāng)管徑小于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比低雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小較大，達(dá)1.63%；常用段偏小在0.60%以下；當(dāng)大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C有的偏小，有的偏大，正負(fù)交錯在千分級內(nèi)；

3. 對于角接取壓，當(dāng)管徑大于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比低雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小較小，極限點為0.78%；常用段偏大偏小在千分級內(nèi)，zui大值是偏大0.34%；在大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C有的偏小，有的偏大，為正負(fù)交錯，zui大值是偏大0.61%；

4. 對于法蘭取壓，當(dāng)管徑小于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小，極限點為1.50%；在常用段β=0.5時，在整個雷諾數(shù)范圍內(nèi)偏小0.03%-0.39%以下；當(dāng)大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏大，極限點為1.07%；

5. 對于法蘭取壓 ，當(dāng)管徑大于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比低雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小0.3%左右；常用段偏大偏小在千分級內(nèi)，總的來說偏大0.1%；在大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C則偏大1.10%左右。

 安裝條件和直管段長度要求的變化和要求

    *，正是由于歷史的原因，美國和歐洲各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安裝條件有較大差別，導(dǎo)致80年代美國對ISO 5167持否定態(tài)度。由于安裝條件是保證節(jié)流式差壓流量計現(xiàn)場測量精度的關(guān)鍵因素，如何科學(xué)地規(guī)定此條件必須進行大量的試驗才能確定，正是API和EEC近十幾年的試驗才使這個問題獲得解決，目前就大量的試驗結(jié)果表明，它將導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)孔板安裝要求的*修改。

    該項研究雖然涉及到標(biāo)準(zhǔn)孔板本身的技術(shù)及各種類型流動調(diào)整器（整流器）的整流效果內(nèi)容，但是這些試驗成果體現(xiàn)在AGA No.3和ISO/CD 5167標(biāo)準(zhǔn)中主要是沒有整流器的安裝要求（見表1與表3）和帶19管管束式整流器的安裝要求（見表2與表4）是很不同的。ISO/CD 5167的安裝要求（表3及表4）與表1、表2基本相同，但對于帶19管管束式整流器的安裝規(guī)定由17D≤A≤29D變?yōu)?8D≤A≤30D時的數(shù)值。另外ISO/CD 5167有較詳細(xì)的阻力件型式，而且對應(yīng)的zui短直管段長度要求略有不同。

表1：AGA No.3標(biāo)準(zhǔn)孔板（不配整流器）上下游直管段長度（以管徑D的倍數(shù)表示）