【杂志精选】直管段 - 流量计的黄金搭档

直管段：安装在流量计上游和下游的用于使流场达到某种要求的管段，其轴线笔直的而且内部横截面的面积和形状为不变的圆形管段。别看这一段直管，却在流量测量中发挥重要的作用，是不可或缺的，可以说，对于一些流量计甚至绝大多数流量计，没有直管段就没有办法进行流量测量，更谈不上获得准确的测量结果。

国家标准GB/T18603-2014《天然气计量系统技术要求》中阐述：“当漩涡角小于仪表制造厂或适当的产品标准指标规定时，所产生的涡流及速度分布畸变是可以接受的。对于所有的流量计，一个充分发展的轴对称的速度分布和消除涡流对获得准确的流量测量量是至关重要的，旋转容积式流量计对速度分布要求敏感性较小”。GB/T17611-1998《封闭管道中流体流量的测量术语和符号》充分发展的速度分布:“一种一经形成则从流体流动的一个横截面到另一个横截面不发生变化的速度分布，它通常是在足够长的直管段末端形成。”这段话说明了直管段的用途。

现在大部分流量计尤其速度式流量计对流体的流态要求很高，一个充分发展的紊流状态是对流体的基本要求。流体进入流量计前流态不能发生畸变，应具有轴对称的速度剖面，同时，不能产生旋转流或涡流。为了保证进入流量计的流体符合要求，相关标准中规定如下措施:

• 所需上下游直管段和流量计公称直径一致；

• 流量计上下游安装切断阀内径应于管道内径相同，应采用全通径阀；

• 如果在上游安装调节阀，那么应采取预防措施；

• 应根据流量计的类型避免使用产生非对称速度分布和涡流的管件和设备（单弯管、U型管、不同平面的双弯管、部分关闭阀等）。

差压式流量计对直管段的要求

以节流装置为检测元件的差压式流量计，是历史悠久、理论与实践丰富、使用成熟的一类流量计。以孔板流量计为例，上下游直管段实际上是表体的一部分，其中孔径比β是一个重要的参数，所以上下游的直管段的标准要求最严格，也是现阶段所有流量计对直管段的标准要求最高的，从直管段内径的确定看其要求的严格性。

直管段内径的确定方法如下：直管段内径的确定应为上游取样口的上游0-0.5D长度范围内平均值。该内径平均值应该不少于在垂直轴线的三个横截面内所测内径的平均值。此三个横截面分布在0.5D长度范围内，其中两个横截面距上游取样口分布为0D和0.5D，另一个则在0.5D内任一位置，在每个横截面内至少测量4个直径，该4个直径彼此之间大约有相同的角度，一共12个单测值，求其算术平均值。任一单测值与平均值比较，其偏差不得大于±0.3％。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内径平均值之差应不超过内径平均值±0.5％，可通过检验下游一个直径方法判断。另外，直管段的内表面要求、直管段的直度要求、直管段的圆度要求都有其严格的规定。

流体速度分布对气体涡轮流量计的影响及对直管段的要求

对于气体涡轮流量计，流体的速度剖面发生畸变，流体对涡轮的推动力会发生变化，使涡轮的转速与流量不对应。GB/T21391-2008《用气体涡轮流量计测量天然气流量》中：

漩涡影响

“如果流量计人口处的流体有较大的漩涡，就会影响涡轮叶轮的转速，与涡轮叶轮旋转方向相同的漩涡使叶轮速度增加，而与旋转方向相反的漩涡则使叶轮速度减小，在高精度流量测量时，宜通过对流量计适当安装，把这种漩涡影响减少到轻微的程度。”

速度分布影响

“流量计是以其入口处为接近均匀速度分布的条件进行设计和校准的，当明显偏离这一速度分布时，涡轮叶轮处的实际速度分布就会影响到给定流量下的速度，对于一个给定的平均流量，非对称的速度分布与均匀的速度分布相比，通常将产生更高的叶轮速度。在高精度流量测量时，宜通过对流量计适当安装，确保流量计叶轮处的速度分布基本均匀。”

直管段的具体要求，以某公司气体涡轮流量计使用说明书为例：“流量计本身配置性能优良的内藏式整流器，对于如标准GB/T18940-2003/ISO9951:1993《封闭管道中气体流量的测量 涡轮流量计》所述的低水平扰动情况，需保证前直管段2DN，后直管段1DN；对于标准所述的高水平扰动，需保证前直管段10DN，后直管段5DN；对于超强扰动源如产生强烈偏心出口喷射流的调压器，建议在流量计上游安装整流器（整流器符合GB2624要求）整流器出口到流量计入口连接端≥4DN”，而该公司早期的说明书则于上述说法不一致“流量计具有性能优越的专用整流器，因此对直管段要求较低，但必须保证前直管段≥2DN，后直管段≥1DN。（对前直管段前有弯管、异径管、调压阀等安装方式均适合）”显然前面的表述更科学合理，这说明内藏式整流器的作用被高估了。

流体速度分布对气体超声波流量计影响及对直管段的要求

流体的速度剖面发生畸变，对于气体超声波流量计，单声道情况，由于最大速度不在管道中心，检测不到最大速度，由此推算出的流量也是不准确的；多声道情况，虽然能够检测到各个剖面的流速，并且依据一定的算法对流体流态畸变进行动态补偿，但流体的速度剖面发生畸变的对流量测量的影响还是存在的，直管段是必不可少的。

现在气体超声波流量计多数用于分输站、门站等场所，计量燃气的流量比较大，对直管段的要求比较严格，一般按照孔板流量计标准配直管段。推荐配置形式通常按照上游10D直管段+流动调整器+上游10D直管段+流量计+下游5D直管段。

流体速度分布对旋转容积式流量计的影响及对直管段的要求

燃气用罗茨流量计属于旋转容积式流量计，旋转容积式流量计还需要直管段吗？一般认为是不需要的，但事实上不能一概而论，GB/T18603-2014《天然气计量系统技术要求》：“旋转容积式流量计在低压时对管路流体形态不是很敏感，高压（工作压力大于0.4Mpa）时，应确保流量计的入口的气流为充分发展流。安装要求见SY/T6660的有关规定。”说明罗茨流量计安装在高压管路上应用时也应该安装一段直管段。

SY/T6660-2006《用旋转容积式气体流量计测量天然气流量》：“流量计的安装应符合使用说明书的要求，或按照流量计的安装标记安装。垂直安装时应保证气流由上而下流过流量计。安装流量计前应对管道进行清洗和吹扫，以防止管道中的固体物进入流量计，应保证流量计法兰与直管段和过滤器法兰同轴安装，安装后不应对流量计产生附加应力。”及“流量计上游直管段以外应安装适宜的过滤器，其结构和尺寸应能保证可以通过最大流量而且产生的压力损失尽可能小，安装过滤器前应对管道进行清洗和吹扫，以防止管道中的固体物堵塞过滤器。标准中两次提到直管段，显然在一些情况下，旋转容积式流量计还是需要直管段的。

直管段属于计量系统的一部分，应该称其为计量段，其长度和几何尺寸有严格的要求，直管段的内径的尺寸要求与流量计的内径一致，且在规定误差范围内，原则上应该由工厂定做，内径经过加工，以确保规定的尺寸和精度。

实际上不少流量计的安装对直管段的使用不严格，对其重要性缺乏认识，随便找一个管段或者直接采用一段工艺管道作为直管段，一般只能保证其长度，对内径的尺寸并不进行检测，这样就会产生测量误差。

直管段，看起来并不起眼的一段管道，在流体流量测量中发挥了极其重要的作用。速度分布畸形和杂乱无章的被测流体通过直管段后被强制校正，成为速度分布为轴对称且漩涡角很小的理想速度分布（充分发展的紊流状态），为流量计准确计量提供先决条件。

作者：  铁岭港华燃气有限公司 张天光