ISOTR 153772023 用压差装置测量流体流量ISO 5167系列范围以外的孔板、喷嘴和文氏管规范指南标准立项发展报告

StandardizationDevelopmentReport:GuidelinesfortheSpecificationofOrificePlates,NozzlesandVenturiTubesbeyondtheScopeofISO5167Series标准化发展报告：ISO/TR15377:2023《用压差装置测量流体流量ISO5167系列范围以外的孔板、喷嘴和文氏管规范指南》立项发展报告摘要随着工业过程控制、能源计量及环境监测等领域的快速发展，对流体流量测量的准确性、可靠性和适用范围提出了越来越高的要求。压差式流量测量装置（包括孔板、喷嘴和文氏管）作为最成熟的流量测量技术之一，其标准化工作一直是国际标准化组织（ISO）的重要议题。ISO5167系列标准为封闭管道中压差装置的流量测量提供了核心规范，但其适用范围受限于特定的结构参数、流动条件和安装要求。为弥补这一局限性，国际标准化组织于2023年9月4日正式发布了ISO/TR15377:2023技术报告，为超出ISO5167系列范围的孔板、喷嘴和文氏管提供了系统化的规范指南。本报告围绕该标准立项的背景、标准内容结构、核心技术要点、与ISO5167系列的关系及工程应用价值展开系统分析。报告指出，ISO/TR15377:2023的发布填补了非常规工况下压差流量测量标准化的空白，对于指导工程实践中特殊结构设计和非标工况下的流量测量具有重要的参考价值，也为后续相关标准的修订与完善奠定了技术基础。关键词：压差装置；流量测量；孔板；喷嘴；文氏管；ISO5167；标准化；技术报告AbstractWiththerapidadvancementofindustrialprocesscontrol,energymetering,andenvironmentalmonitoring,therequirementsforaccuracy,reliability,andapplicablescopeoffluidflowmeasurementhavebecomeincreasinglystringent.Pressure-differentialflowmeasurementdevices,includingorificeplates,nozzles,andVenturitubes,representoneofthemostmatureflowmeasurementtechnologies,andtheirstandardizationhaslongbeenacriticalagendaitemoftheInternationalOrganizationforStandardization(ISO).TheISO5167seriesprovidescorespecificationsforflowmeasurementusingpressure-differentialdevicesinclosedconduits;however,itsapplicablescopeisrestrictedtospecificgeometricparameters,flowconditions,andinstallationrequirements.Toaddressthislimitation,theInternationalOrganizationforStandardizationofficiallyreleasedTechnicalReportISO/TR15377:2023onSeptember4,2023,offeringsystematicguidanceforthespecificationoforificeplates,nozzles,andVenturitubesbeyondthescopeoftheISO5167series.Thisreportprovidesasystematicanalysisofthebackgroundofthestandardinitiative,thestructuralcompositionofthedocument,keytechnicalpoints,itsrelationshipwiththeISO5167series,anditsengineeringapplicationvalue.ThereportconcludesthatthepublicationofISO/TR15377:2023fillsthestandardizationgapinpressure-differentialflowmeasurementunderunconventionaloperatingconditions,providingessentialreferencevaluefortheengineeringdesignofspecialstructuralconfigurationsandflowmeasurementunderoff-designconditions,whilealsolayingatechnicalfoundationforfuturerevisionsandenhancementsofrelatedstandards.Keywords:Pressure-differentialdevices;Flowmeasurement;Orificeplates;Nozzles;Venturitubes;ISO5167;Standardization;Technicalreport一、引言1.1研究背景流量测量在工业生产、贸易结算、能源管理和环境监测等领域占据着至关重要的地位。在众多流量测量技术中，基于压差原理的流量测量方法凭借其结构简单、可靠性高、适应性强以及无需实流标定等突出优势，成为工业应用中最为广泛采用的流量测量技术之一。据国际权威统计数据显示，压差式流量计在工业流量测量市场中的占有率长期维持在30%以上，在石油、化工、电力、冶金、城市燃气和水务等国民经济支柱产业中发挥着不可替代的作用。ISO5167系列标准作为压差装置流量测量的国际基准文件，规定了孔板、喷嘴和文氏管等一次装置在封闭管道中测量流体流量的通用要求。该系列标准由以下六个部分构成：ISO5167-1（一般原理和要求）、ISO5167-2（孔板）、ISO5167-3（喷嘴和文氏管喷嘴）、ISO5167-4（文氏管）、ISO5167-5（技术报告——特殊工况下的使用指南）、ISO5167-6（楔形流量计）。1.2标准立项的必要性尽管ISO5167系列标准为压差流量测量提供了较为全面的规范框架，但工程实践中的流量测量需求远超该系列标准的覆盖范围。随着现代工业向高温高压、大管径、低雷诺数、多相流等极端工况方向发展的趋势日益明显，以及新型节能设备和紧凑型管道系统对流量测量装置提出的小型化、轻量化要求，大量超出ISO5167系列适用范围的工程应用案例日益增多。这些非标应用包括但不限于以下情形：-大直径管道（管径超过1000mm）中的流量测量；-小直径管道（管径小于50mm）中的高精度测量需求；-低雷诺数流动条件下的测量精度保证；-气体、蒸汽等可压缩流体在高压差条件下的测量；-非标准几何尺寸的孔板、喷嘴和文氏管设计；-特殊安装条件下（如直管段长度不足）的补偿措施；-多相流和脉动流等复杂流动状态下的测量。在此背景下，ISO/TR15377:2023的立项和发布，旨在为超出ISO5167系列范围的工程应用提供规范化的技术指导，填补该领域的标准化空白，为工程技术人员和标准使用者提供系统、可靠的设计方法和应用指南。1.3标准发布的意义ISO/TR15377:2023以技术报告的形式发布，属于ISO三类标准文件（国际标准、技术规范、技术报告）中的技术报告类别，其权威性和参考价值兼具。该技术报告的发布标志着国际标准化组织在压差流量测量标准化领域迈出了重要一步，为全球范围内的工程应用、科学研究、贸易计量和标准制定提供了统一的技术参考依据。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO/TR15377:2023||标准名称（中文）|用压差装置测量流体流量ISO5167系列范围以外的孔板、喷嘴和文氏管规范指南||标准名称（英文）|Measurementoffluidflowbymeansofpressure-differentialdevices—Guidelinesforthespecificationoforificeplates,nozzlesandVenturitubesbeyondthescopeofISO5167series||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||发布日期|2023年9月4日||国别|国际组织||语言|英语||分类号|封闭管道中流量的测量||标准性质|技术报告（TechnicalReport）|2.2标准体系定位ISO/TR15377:2023在ISO流量测量标准体系中具有特殊的定位。作为ISO5167系列标准的补充性文件，该技术报告与ISO5167系列各部分的层次关系如下：-ISO5167-1:2022——一般原理和要求（基础标准）-ISO5167-2:2022——孔板（专用标准）-ISO5167-3:2022——喷嘴和文氏管喷嘴（专用标准）-ISO5167-4:2022——文氏管（专用标准）-ISO/TR15377:2023——超出ISO5167系列范围的应用指南（补充性指南）-ISO/TR5167-5:2016——特殊工况下的使用指南（补充性指南）-ISO5167-6:2022——楔形流量计（扩展标准）ISO/TR15377以ISO5167系列为基础框架，针对超出其标准适用边界的工程应用场景提供设计和应用指导。该技术报告的配套使用关系如图1所示：```┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ISO5167系列标准体系│├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤│││┌─────────────┐┌─────────────┐┌─────────────┐│││ISO5167-1││ISO5167-2││ISO5167-3││││一般原理│────►│孔板│────►│喷嘴/文氏管││││和要求││││喷嘴│││└─────────────┘└─────────────┘└─────────────┘│││││││┌───────────────┐│││└──────────────►│ISO/TR15377│◄──────┘│││超出范国指南││││(本报告)│││└───────────────┘││▲│││││┌─────────────┐┌───────────┴───┐┌─────────────┐│││ISO5167-4││ISO/TR5167-5││ISO5167-6││││文氏管││特殊工况指南││楔形计│││└─────────────┘└───────────────┘└─────────────┘│││└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘```2.3标准适用范围ISO/TR15377:2023适用于以下具体场景中的压差式流量测量装置的设计、选用和操作：1.几何尺寸超出范围：孔径比（直径比β）超出ISO5167系列规定范围（通常为0.1~0.75）的孔板、喷嘴和文氏管；2.管径超出范围：公称管径超出ISO5167系列适用范围的装置，包括大管径（DN>1000mm）和小管径（DN<50mm）的应用；3.雷诺数超出范围：在超出ISO5167系列规定雷诺数范围内的使用条件；4.特殊介质条件：非牛顿流体、高粘度介质、含固体颗粒流体等特殊介质条件下的应用；5.非标安装条件：直管段长度不足、存在强扰动源等非理想安装条件下的应用。三、标准核心技术内容3.1标准结构框架ISO/TR15377:2023技术报告在内容组织上遵循了系统性与实用性相结合的原则，其结构框架主要涵盖以下核心板块：（1）范围：明确技术报告的适用边界和应用对象；（2）规范性引用文件：列出与ISO5167系列及其他相关标准的引用关系；（3）术语和定义：对超出ISO5167系列的关键术语进行定义和说明；（4）符号和缩略语：统一表达符号，确保技术沟通的一致性和准确性；（5）超出ISO5167系列范围的孔板规范：系统规定非标孔板的几何结构、尺寸公差、表面粗糙度要求及安装技术要求；（6）超出ISO5167系列范围的喷嘴规范：规定非标喷嘴的设计参数、型线要求、加工精度及检验方法；（7）超出ISO5167系列范围的文氏管规范：规定非标文氏管的收缩段、喉部及扩张段的设计要求和应用条件；（8）流量计算公式和不确定度评估：提供非标条件下的流量计算方法、流出系数确定方法以及测量不确定度的估算指引。3.2核心技术要点ISO/TR15377:2023的主要技术关注点涉及以下关键议题：（1）几何尺寸偏差的修正方法当孔板的孔径比（β值）、喷嘴的收敛段形状、文氏管的喉部直径等关键几何参数超出ISO5167系列规定的范围时，标准推荐采用经过验证的修正系数或数值模拟方法（如CFD计算）来确定相应的流出系数。标准同时给出了不同类型装置在不同偏离程度下适用修正方法的建议，指导设计者根据具体偏差程度选择适当的修正策略。（2）非标工况下的流出系数确定流出系数是压差流量测量的核心参数。ISO/TR15377:2023系统梳理了三种确定非标工况下流出系数的途径：采用已有的实验数据进行类比推演、通过实流标定获取特定装置的流出系数、利用计算流体力学（CFD）数值模拟进行预测。这三种途径各有适用条件和不确定度水平，标准对此进行了系统比较和指导性说明，为工程技术人员提供了多维度的技术选择。（3）安装条件的影响评估非标安装条件下流动调整器（流量调节器）的配置方案、上游直管段长度不足时的补偿措施、下游扰流因素对测量精度的影响等方面，标准提供了系统的评估方法和补偿建议，有助于在实际工程中最大限度降低安装偏差带来的测量误差。（4）测量不确定度评估标准强调，超出ISO5167系列范围的应用中，测量不确定度的评估尤为重要。与标准范围内的应用相比，非标工况下的不确定度通常显著增大。标准要求在使用非标装置时，应详细评估各不确定度来源的分量，确保总不确定度在可以接受的范围之内，并给出不确定度分量的分析框架。3.3与ISO5167系列的衔接关系ISO/TR15377:2023并非对ISO5167系列标准的替代或否定，而是在其基础上进行的补充和扩展。两者的关系可概括为以下三个层面：（1）适用范围互补：ISO5167系列适用于标准几何尺寸和标准安装条件，ISO/TR15377覆盖超出该范围的工程应用。（2）技术方法衔接：ISO/TR15377引用了ISO5167系列中确定的测量原理、基本方程和通用要求，在此基础上针对非标工况进行合理的扩展和修正。（3）不确定度要求递进：ISO/TR15377继承了ISO5167系列的不确定度评估方法框架，但针对非标条件提出了更高的谨慎要求和更充分的评估建议。四、主要参与单位介绍4.1国际标准化组织（ISO）国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）是全球最大的非政府性国际标准化机构，成立于1947年2月23日，其前身是国家标准化协会国际联盟（ISA）和联合国标准协调委员会（UNSCC）。ISO总部位于瑞士日内瓦，目前拥有来自165个国家的国家标准化组织成员体，已发布超过24000项国际标准，涵盖几乎所有技术领域。ISO的组织机构包括全体大会、理事会、技术管理局（TMB）、技术委员会（TC）、分技术委员会（SC）和工作组（WG）。截至2023年底，ISO下设数百个技术委员会和分技术委员会，覆盖从传统制造业到信息技术、环境保护、医疗健康、能源管理等各领域。4.2负责技术委员会ISO/TR15377:2023由ISO/TC30（流体流量测量技术委员会）及其下属的SC5（压差装置分技术委员会）负责编制。ISO/TC30成立于1947年，是ISO最早成立的技术委员会之一，秘书处目前由荷兰标准化研究所（NEN）承担。该委员会负责流体流量测量的标准化工作，其工作范围涵盖：-封闭管道中流量的测量方法和装置；-明渠流量的测量方法和装置；-流量测量相关术语、符号、不确定度评估方法；-流量的量值溯源和校准方法；-流量测量技术的验证和检验程序。ISO/TC30的组织结构包括SC1（流量测量中的不确定度评估）、SC2（封闭管道中的流量测量）、SC5（压差装置）、SC7（容积式流量计和速度式流量计）、SC9（明渠流量测量）、SC12（质量流量测量）等分技术委员