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在20種常用流量儀表中，均速管流量計的排序處于8~9位；我國西氣東輸的世紀工程中，在干線內徑為一米的管道上，選用了50臺Emerson的均速管流量計，占總量96臺的52%。本文就近年來業內人士對均速管較為關注的幾個問題提出以下看法，供大家參考。

前言

自上世紀60年代末均速管流量計問世以來，雖不斷改進（國外稱Annubar、Verabar、Probar 、Torbar、Itabar、Preso、Deltabar、Averaging Potit-tube等），名稱各異，但都是基于皮托管測速原理，以測管道中直徑（圓管）或長與寬（矩形管）上幾點的流速來推算流量的一種插入式流量儀表。因其結構簡單，裝、拆方便，價格低廉及節能等優點，在無需準確計量進行貿易核算，僅作為工況監控，特別是大于200毫米的口徑情況下，在電力、冶金、石化等行業中，常做為首選儀表。

ConTROL ENGINEERING與Reed Research 集團聯合對近兩年全球流量儀表市場的調查表明：在20種常用流量儀表中，均速管流量計的排序處于8~9位；我國西氣東輸的世紀工程中，在干線內徑為一米的管道上，選用了50臺Emerson的均速管流量計，占總量96臺的52%；此外，美國的Verabar均速管流量計在國內電力、冶金、石化等行業中，銷售業績斐然，令人矚目。而國產均速管在大陸市場中幾乎無立足之地，究其原因，無論是Emerson，還是Verabar公司，近20年都十分重視產品在現場應用的情況，不遺余力推陳出新，不斷改進；而國內廠家，產品開發乏力，一味仿制，幾乎還生產、銷售國外10多年前已淘汰的產品，這些情況令人深思。本文就近年來業內人士對均速管較為關注的幾個問題提出以下看法，供大家參考。

熱點之一 ——檢測桿的截面形狀

這是均速管發展過程最熱的話題。近30年來，不斷變化、創新，較典型的有以下幾種：

1、 圓形

最早的均速管檢測桿為圓截面；迎流向有多個總壓孔，背流向為低壓孔；中間用板隔開，后認為均速管既處于位流，整個截面靜壓應相等，改為僅在檢測桿中央背流向一側鉆一個背壓孔，用細管將背壓傳至差壓變送器低壓端，取消了隔板，簡化了結構。

2、 菱形-Ⅰ

上世紀70年代末期，圓截面使用多年后，發現在雷諾數處于105~106之間時，流體在圓管上分離點將從78u移至130u，即所謂“阻力危機”現象，改變了圓截面上的壓力分布，引起約±10%的流量誤差，逐由菱形代替。菱形兩側為銳角，分離點確定，排除了阻力危機。其他結構不變。

3、 菱形-Ⅱ

菱形-Ⅰ使用7、8年后，又發現背壓孔的傳壓細管，由于內徑僅3毫米，易堵塞。美國Dieterich公司又推出了由3個腔體所組成的檢測桿截面，總壓孔由兩對改為3到4對，背壓孔與總壓孔一一對應，取消了總背壓引出管，這種結構即或有一二個背壓孔被堵，也不會影響均速管的正常工作。

4、 翼形

近20年來，不斷有人從減少均速管阻力角度出發，推出了各種阻力較小的檢測桿形狀，如對稱翼型、扁圓形、橢圓形（Preso）等。其實均速管的永久壓損僅幾十帕，可忽略不計，不必小題大做。而這類截面形狀低壓多取自兩側，卻帶來輸出差壓過低的弊病，揚短避長，得不償失。但也有特殊情況，Emerson公司就采用這種翼形剖面結構測蒸汽，由于蒸汽流速較高、密度較大，有可能獲得較大的差壓，的確需要減小阻力，以增加強度，但僅限于一個型號，用于特殊場合。

5、 彈頭形

美國Verabar公司推出，在彈頭前端表面做了粗糙處理，（粗糙度X/KS約為200），宣稱這樣可以控制附面層的厚度，以此提高測量精確度。實際估算附面層對準確度的影響是可忽略不計的。彈頭型的低壓取自兩側，輸出差壓較菱形、圓形及T形小20% ~30%，不利于氣體低流速情況下選用。

6、 T形

這是Emerson公司近兩年推出的新結構（該公司稱485型Annubar）。在T形檢測桿上迎流向有兩排總壓孔，背流向漩渦區有兩排背壓孔。Emerson公司宣稱，由于其創新的槽口設計，精確度將會有所提高；而背壓處于T形漩渦區，較菱形、圓形可增大約20%輸出差壓。背部采取多個低壓孔。這種結構總壓、背壓孔均不到2毫米，易堵塞，只能用于潔凈流體。

7、 Delta

德爾塔巴（Deltaflow）均速管，由德國思科公司（Systec Co）推出。在MIConEX 2004展會上宣稱有許多優點，而從截面形狀及結構上與菱形-Ⅱ相比并無本質區別。它仍是一種插入式流量儀表，無法擺脫只測管道中直徑上幾點流速來推算流量的基本模式。廠家宣傳其直管段僅3~7D，而精確度可達±0.6%，缺乏說服力，令人難以置信。但其材料的選用卻有看點，一般均速管材料多使用316不銹鋼；而Deltaflow選用的是1.4528或哈氏合金鋼，耐溫低至-200℃，高可達1000℃以上，且可適用于各種腐蝕性介質。

熱點之二——檢測孔的數量與位置

均速管是一種插入式、具有取樣性質的流量計。早期曾有在均速管直徑方向測十余點總壓，但測點再多也只能反映某一直徑上的流速分布，而不是整個截面。

取樣具有實際意義的前提是均速管前具有20~30D（D為管內徑）的直管段，這時管內的流動為充分發展管流，流速分布的等速線為對稱于軸的同心圓，即處于相同徑向的流速是相等的，只有這樣，僅測直徑上幾點流速才可能反映整個截面的情況。而究竟測直徑上哪幾點的流速眾說紛紜，大致有以下5種（見表1）。

表1中所依據的流速分布，按尼庫拉茲（Nikuradse）所提出的充分發展紊流數學模型。上世紀90年代初，對管流的研究表明尼庫拉茲公式雖簡單，但所描述的充分發展紊流在靠管壁及管道中心兩處均與實際情況有較大差異（特別是在管壁附近），所以應增加到3對總壓孔，而目前在較大管徑時也有用4對的。其分布按對數—契比雪夫法（見表2），并已為ISO TC30所確認：

對于低壓孔的位置與數量，由于均速管處于位流，在橫截面上無橫向流動，各點靜壓相等，因而取一點及多點均可，不涉及精確度問題，只是取多點不易堵塞，而取自檢測桿背部將比取自兩側可獲得更大的差壓。

長期以來，人們都認為：各總壓孔所測總壓反映了管道中的流速分布，由于流速不等，所測總壓也不相等，這些總壓在均速管高壓腔中“平均”后輸出的壓力，就是管道中平均流速的總壓。實際并非如此，由于各點總壓不等，在高壓腔中會有流動，甚至在孔的邊緣還會有渦流，這都將產生壓損。1975年，William.H.等人曾對此進行了測試、研究，也提出了一個經驗公式，但這個經驗公式中還存在一些系數有待實驗去確定，無法直接算出平均流速差壓值。因此，迄今為止，無論采用哪些方法來確定總壓孔的位置與數量，均速管最終還是需通過實驗標定來確定流量系數K。由于隨著流量的變化（即Re的變化）時，流速分布在靠近管壁處的變化將比管道中心大，對數—契比雪夫的總壓分布，在靠近管壁處要多一個測點，以適應這種變化，也更為合理。

易忽視的熱點——管道

30多年來，廠商對以上兩個問題都不遺余力，進行了大量的創新。但就均速管本身而言，僅是一個多點流速計，它只有插入管道中才能測流量，才可稱為流量計。況且，管道對均速管的流量測量的影響舉足輕重，不可忽視，主要表現在以下兩個方面：

1、 直管段長度

均速管前直管道長度必須達到20~30D，以保證流速分布為充分發展紊流，只有這樣，僅測幾點的流速才可能推算流經整個截面的流量。否則，管道中的流動將如圖3所示，比較復雜（在其他阻力件后，情況也類似），流速分布不僅不對稱于軸線，還會有橫向流動（二次流）及漩渦，僅測直徑上幾點流速能說明什么問題？又如何保證測量的準確度？

2、 管道內徑

均速管只能測流速，要測流量必須乘管道截面（圓管要測內徑，矩形管需測寬與高）。而它又是一種插入式儀表，實際應用中，往往很難或并不認真測內徑。

ISO7145就認為，在無法測內徑時，允許用軟尺測管道外徑的周長、估計壁厚來確定內徑，這樣做當然更無法確認管道內壁的腐蝕、積垢等情況的影響。如此確定的管內徑，怎么能保證準確，而從下面分析可看出管內徑的準確與否，將成為影響均速管流量測量準確度舉足輕重的因素。

流量準確度的估算

如僅考慮主要因素，均速管計算公式可簡化為：

①式中QV為容積流量；C取決于各參數單位的系數；D為管道內徑；DP為輸出差壓；x為流體密度。由①式推導的流量不確定度為

從上所述，制造廠對均速管檢測桿的形狀、測點位置，做了不懈的努力，它們只會影響輸出差壓Dp的大小，而從②式中可知管內徑D的相對誤差sD/D對流量精確度的影響將數倍于差壓Dp的誤差sDp/Dp。

此外，公式①中的流量系數K即使廠商逐臺標定，也是在實驗室的特定條件下得到的，而現場往往達不到試驗室的流場條件，這時采用廠商提供的流量系數K，也將帶來較大的誤差。早在20年前，W.Rahmeyer和C.L.Britton在阻力件（彎頭、閘伐……）后2至12D處安裝均速管進行了系統的實驗測試。測試表明，在直管段不到4～5D時，流量系數的偏差將達到±8%以上。

上述分析進一步說明了，管道（包含內徑D及直管段長度L）是影響均速管流量測量準確度的主要因素！

在工控系統中的位置

現場中直管段長度取決于工藝要求，很難為照顧流量儀表來安排20D以上的直管段，而沒有足夠長的直管段，均速管就必須面對誤差可能達到±8%的嚴酷事實！均速管在工控系統中還有無立足之地？

均速管在工控系統中只是一個提供信息源的檢測環節，它的輸出所反映的流量信息，應正確無誤地反映流量的變化，而不一定是確切值，在這里重復性的重要性往往大于準確度。例如，在鍋爐的燃燒調節控制系統中，應測空氣流量，并以此調節、控制燃料的大小，以保證最佳的燃燒效率。這里只要均速管的輸出與流量存在確定的單值函數關系，且不隨意變化，即重復性較好就可以了。至于空氣量的確切值是多少（準確度）并非系統所關心的問題。也就是說，只要不涉及物流的結算（貿易、經濟評估等），準確度就是非主要考慮的問題。

30多年來對均速管的研究表明，在直管段達不到要求情況下，其誤差可達到±8%以上，但重復性往往可做到0.5%。只要使用目的不是貿易結算（如天然氣的計量），而是用于工控系統的調節、監控，均速管就以其結構簡單等優點，特別是大口徑情況常做為首選儀表，而大有用武之地。

發展、創新面臨的問題

均速管問世30余年來，以其結構簡單等優點在流量家族中占有一席之地。但正所謂“福兮禍所伏；禍兮福所倚”，這些優點卻不可避免地為它帶來了以下3個缺點：

1、準確度較低

多年來，均速管發展的型號近20種之多，由于是插入形式，只能通過檢測桿來反映流速，無論在上面取了多少個測點，也只能反映管道截面上直徑（或寬、高）上的流速分布，在直管道達不到要求時，這些點失去代表意義，準確度難以優于±3%。

2、輸出差壓小

均速管是根據皮托管測速原理，通過測總靜壓來推算流量，常用于大口徑測氣體情況，這時輸出差壓僅幾十帕（幾毫米水柱）。這是它的原理與結構所決定的，研制廠家多年來雖不遺余力在檢測桿上大做文章，但收獲有限，最新推出的T形結構，即使按廠商所說提高了20%輸出差壓，從實用角度來看所提高的輸出差壓也無濟于事。

3、易于堵塞

由于必須通過檢測孔來測流量，只要流體中有粉塵、固體顆粒、凝析物等，堵塞就難以避免。雖易于拆裝，甚至可不斷流進行檢修，終不是好事，為用戶難以接受。

均速管的研制者30余年來針對以上存在的問題不懈努力，做了不少改進，但如不跳出舊的模式，就難取得突破性的進展，似已山窮水盡疑無路了。但如果打開思路，與其他某種儀表取長補短，是否能柳暗花明又一春？筆者為此做了嘗試，于1986年取得一項專利（CN852045298）確有些效果，但不明顯，最近在此基礎上又做了改進，正申報專利，以期對均速管的推廣應用盡微薄之力。