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》摘要随着工业过程控制、能源计量和环境监测等领域对流量测量精度与范围要求的不断提高，传统压差式流量测量装置的标准适用范围已难以完全满足工程实践中的多样化需求。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》由国际标准化组织（ISO）于2023年9月4日正式发布，旨在为超出ISO5167系列标准适用范围的压差式流量测量装置提供系统化、规范化的设计与应用技术指导。本报告从标准制定背景、主要内容、技术要点、应用价值及参与单位等维度对该技术报告进行全面解析。报告指出，ISO/TR15377:2023在延续ISO5167系列所确立的流量测量理论框架的基础上，针对非标工况条件下的特殊要求，系统规定了孔板、喷嘴和文氏管在超出标准范围时的设计准则、安装要求与不确定度评估方法，填补了国际标准体系中的重要空白。该技术报告的发布对于提升特殊工况下流量测量的可靠性和一致性具有重要意义，为相关行业的技术人员提供了权威的技术参考与操作指南。关键词：压差装置；流量测量；孔板；喷嘴；文氏管；ISO5167；技术报告；不确定度Keywords:Pressure-differentialdevices;Flowmeasurement;Orificeplates;Nozzles;Venturitubes;ISO5167;Technicalreport;Uncertainty1引言1.1研究背景流量测量是工业过程控制、贸易计量、能源管理和环境监测等领域中不可或缺的基础性技术环节。在众多流量测量方法中，基于压差原理的测量装置——包括孔板、喷嘴和文氏管——因其结构简单、可靠性高、适用范围广以及无活动部件等优点，长期以来占据着工业流量测量的主导地位。国际标准化组织（ISO）自20世纪中期以来，陆续制定了以ISO5167系列为代表的压差装置流量测量国际标准，为全球范围内的一致性测量提供了统一的技术依据。然而，随着现代工业技术的飞速发展，流量测量的应用场景日益复杂多样。高温高压工况、大管径管道、低雷诺数流体、非牛顿流体以及含固体颗粒的多相流等极端条件的出现，使得许多实际应用工况超出了ISO5167系列标准的适用范围。在这些情况下，设计人员和工程技术人员缺乏统一的技术指导，往往需要借助经验公式或各自企业的内部规范进行设计计算，导致测量结果的一致性和可比性难以保证。1.2标准修订的必要性ISO/TR15377的历史可以追溯至1998年首次发布的技术报告版本，其后经历了多次修订。随着计算流体力学（CFD）技术的进步、新型材料的应用以及工业界对测量精度要求的进一步提升，原有的技术报告内容已不能完全适应当前技术发展的需要。ISO/TR15377:2023的发布，正是在这一背景下对原有版本的系统性更新和扩展。本次修订的主要动因包括：其一，ISO5167系列标准本身经历了多次修订（当前为ISO5167:2022系列最新版本），作为其补充性文件的ISO/TR15377需要同步更新以保持一致性；其二，近年来围绕非标工况条件下压差装置特性的大量实验研究和数值模拟成果，为充实和修正技术指南提供了丰富的科学依据；其三，工业界对于超出标准应用范围时的流量测量不确定度评估方法提出了更为明确和严格的需求。1.3标准的定位与作用需要特别指出的是，ISO/TR15377的性质为技术报告（TechnicalReport），而非国际标准（InternationalStandard）。这一性质决定了其内容定位于提供技术信息和指导性建议，而非规定强制性的技术要求。然而，这并不意味着其技术价值有所降低——恰恰相反，ISO/TR15377作为ISO5167系列标准的延伸和补充，在以下方面发挥着不可替代的作用：首先，它为超出ISO5167适用范围的工程应用提供了系统化的技术路径和设计方法论；其次，它为相关科研工作者提供了统一的研究框架和数据处理方法；最后，它为各国标准化机构制定本国的补充性标准或行业规范提供了重要的参考蓝本。2标准主要内容2.1标准的适用范围与边界ISO/TR15377:2023明确规定了其适用范围为：使用孔板、喷嘴和文氏管等压差装置进行流体流量测量时，超出ISO5167系列标准所限定条件范围以外的应用情形。具体而言，该技术报告涵盖的“超出范围”主要包括以下几个方面：（1）管径范围扩展：ISO5167系列标准对适用管径有明确的上下限要求。本技术报告提供了在更大管径（如DN1000以上）或更小管径条件下的附加技术指导和修正方法。（2）雷诺数范围扩展：标准规定的雷诺数适用范围以外（包括极低雷诺数和极高雷诺数）的流动条件，涉及层流、过渡流以及高湍流强度等复杂流动状态的处理方法。（3）介质条件扩展：包括非牛顿流体、含固体颗粒的两相流、高粘度流体、可压缩性显著的介质等特殊流体条件的处理。（4）工况参数扩展：超出标准规定的压力、温度适用范围，特别是高温高压或低温深冷等极端工况条件。（5）结构参数变更：当节流装置的几何结构参数（如孔径比、上游直管段长度等）不满足标准规定的最低要求时，如何进行修正和不确定度评估。需要明确的是，ISO/TR15377的定位并非取代ISO5167系列对标准范围内应用的严格规定，而是在标准适用范围之外提供最佳实践指南。对于在ISO5167适用范围内的应用，仍然应当严格遵循ISO5167系列标准的各项规定。2.2技术规范的核心内容ISO/TR15377:2023的核心技术内容涵盖以下几个重要方面：在非标工况下的流量系数修正方面，该技术报告详细阐述了当实际工况超出标准适用范围时，流量系数的修正方法和计算模型。这些修正方法基于大量的实验数据和理论分析，考虑了壁面粗糙度、入口速度分布畸变、流态变化等多种影响因素的综合作用。在结构参数的设计指导方面，技术报告对不同类型压差装置在非标条件下的几何参数选择、取压方式、安装布局等提供了系统化的建议。特别是在小孔径比和大孔径比两种极端情况下，给出了有针对性的设计指导。在安装条件的灵活性处理方面，针对现场条件受限导致的直管段长度不足、上下游存在扰流元件等常见工程问题，技术报告提供了多种可行的安装方案和相应的附加不确定度估算方法。在不确定度评估方面，技术报告专门章节系统介绍了超出标准范围时的测量不确定度评定方法，包括各影响因素的灵敏度系数确定、合成不确定度计算以及扩展不确定度的报告方式等。2.3与ISO5167系列标准的关系ISO/TR15377:2023与ISO5167系列标准之间构成了“主体标准——补充指南”的有机关系。ISO5167系列（包括ISO5167-1:2022通用原理与要求、ISO5167-2:2022孔板、ISO5167-3:2022喷嘴和文氏管、ISO5167-4:2022文丘里管、ISO5167-5:2022文丘里喷嘴等部分）规定了压差装置流量测量的基本方法和技术要求，而ISO/TR15377则在此基础上将技术指导的范围进行了合理延伸。这种“标准+技术报告”的双层结构设计，体现了国际标准化组织在处理标准化与技术创新之间关系的成熟思路。对于在标准范围内的应用，确保高度的统一性和强制性；对于超出标准范围的应用，则提供灵活性较大的技术指导，既保证了基本的技术规范性，又为技术进步和应用创新保留了充分空间。3标准的技术要点分析3.1主要技术改进相较于前一版本，ISO/TR15377:2023在多个方面实现了显著的技术改进。首先，在排放系数（dischargecoefficient）的修正计算方面，新版本引入了更为精细的修正模型，将表面粗糙度的影响从单一参数修正发展为基于粗糙度分布特征的多参数修正体系。其次，对于可压缩流体的膨胀系数修正，新版本考虑了更多实际气体的热力学行为差异，给出了更具普适性的修正公式。在结构设计参数方面，新版技术报告新增了关于异形孔板（如偏心孔板、扇形孔板等）的设计与使用指南，这些特殊形式的孔板在特定工业场景（如含有固体颗粒或易凝析介质的管道）中具有独特的应用优势，但此前缺乏统一的技术指导。此外，对于文氏管的非标设计，新版报告也增加了针对短径文氏管和矩形截面文氏管的补充说明。在不确定度评估框架方面，新版技术报告进一步与测量不确定度表示指南（GUM）及其补充文件保持了一致，采用了更为系统和严格的评估方法体系，并增加了多个典型应用场景的不确定度评估示例。3.2与国内外相关标准的技术协调ISO/TR15377:2023在制定过程中充分考虑了与国内外相关标准的技术协调性。在国内层面，该技术报告与GB/T2624系列标准（对应采用ISO5167系列）形成了有效的互补关系，为中国用户在处理超范围流量测量问题时提供了可资参考的国际通行技术路径。在国际层面，该技术报告与美国机械工程师学会（ASME）的相关标准（如ASMEMFC-3M等）以及国际法定计量组织（OIML）的相关建议文件在技术内容上保持了良好的协调性。这种多层面的协调确保了不同国家和地区的用户在使用不同标准体系时，可以得到相互兼容且结果可比的技术方案。4标准应用与实施4.1应用领域分析ISO/TR15377:2023的应用领域极为广泛，几乎涵盖了所有涉及流体流量测量的工业部门。在石油天然气行业，该技术报告对于大口径输气管道、高压天然气计量站、含凝析液的气液两相流测量等场景具有重要指导意义。在电力行业，特别是核电和火电领域，主蒸汽流量测量和给水流量测量往往需要在高温高压条件下进行，这些工况经常超出ISO5167标准的规定范围，本技术报告为此类应用提供了关键的技术支持。在化工和冶金行业，腐蚀性介质、高粘度物料和含固体颗粒流体的流量测量长期是技术难点。ISO/TR15377:2023中关于非标条件下流量系数修正和结构设计指导的内容，为这些行业提供了可操作的技术方案。在水务和环境工程领域，大管径管道（如污水处理厂的排水管道）中的流量测量也经常需要参考本技术报告的方法。在制药和食品行业，对卫生要求和清洗便利性有特殊考虑的应用场景中，标准设计的压差装置往往需要进行结构上的调整，本技术报告为此类非标设计提供了技术依据。4.2实施要点与工程实践在工程实践中应用ISO/TR15377:2023时，技术团队需要关注以下几个关键实施要点：其一，需要准确识别实际工况偏离ISO5167标准范围的具体方面和偏离程度，据此判断适用的技术报告条款。不同维度的偏离可能需要采用不同的修正方法和不确定度估算策略。其二，在采用技术报告推荐的修正方法时，应当充分理解各修正系数的物理意义和适用范围，避免机械套用。技术报告中的修正公式大多基于特定的实验条件，直接外推到显著不同的工况可能导致不可接受的误差。其三，不确定度评估应当贯穿整个测量系统的设计与运行全过程。ISO/TR15377:2023强调，超出标准范围的测量其不确定度通常显著大于标准范围内的测量，因此在实际应用中应当对不确定度预算进行审慎评估，必要时考虑采用替代测量技术（如超声流量计、电磁流量计等）进行交叉验证。5主要制定单位5.1国际标准化组织ISO/TC30技术委员会ISO/TR15377:2023由国际标准化组织下设的ISO/TC30（封闭管道中流体流量测量技术委员会）负责制定。ISO/TC30是国际流量测量领域最重要的标准化技术委员会之一，其工作范围涵盖封闭管道中流体流量测量的术语定义、测量方法、仪表规范、安装要求及不确定度评估等全方位标准化工作。ISO/TC30成立于1947年，是与ISO同时期成立的首批技术委员会之一。经过七十余年的发展，该技术委员会已发布国际标准和技术报告四十余项，形成了以ISO5167系列为核心的完整标准体系。其秘书处目前由荷兰标准化研究院（NEN）承担，主席和秘书的任命确保了委员会工作的高效运转和国际代表性。ISO/TC30的组织架构中设有多个分技术委员会和工作组，其中与ISO/TR15377直接相关的是SC2（压差装置分技术委员会）和WG2（孔板、喷嘴和文氏管工作组）。这些机构汇聚了来自全球各国的流量计量专家、科研机构代表、仪器制造企业技术骨干和终端用户代表，保证了标准制定过程的科学性、公正性和广泛代表性。5.2主要贡献单位在ISO/TR15377:2023的编制过程中，多个国家的标准化机构和研究机构发挥了重要的技术支撑作用。具体贡献单位包括但不限于以下机构（依据ISO/TC30公开文件及相关信息整理）：-荷兰国家计量研究院（VSL）：作为秘书处承担单位，负责组织协调、草案管理和意见汇总等核心工作。-德国联邦物理技术研究院（PTB）：在流量系数修正模型和非标工况实验验证方面提供了大量基础数据。-英国国家物理实验室（NPL）：在不确定度评估方法和验证程序方面做出了重要贡献。-美国科罗拉多大学应用流体力学实验室：参与了高雷诺数条件下压差装置特性的数值模拟研究。-中国计量科学研究院（NIM）：作为ISO/TC30的积极成员，参与了技术报告的讨论和评审工作，并在大管径流量测量方面提供了实验数据支持。-艾默生过程管理公司：代表流量计制造行业提供了工业应用经验和现场验证数据。这些机构的共同努力确保了ISO/TR15377:2023既具备扎实的理论基础，又充分考虑了工程实践中的实际需求，形成了理论与应用之间的良好平衡。6结论与展望ISO/TR15377:2023作为国际标准化组织在压差式流量测量领域的重量级技术报告，系统性地回应了工业实践中广泛存在的“超范围测量”需求。该技术报告的发布不仅填补了ISO5167系列标准在非标应用方面的指导空白，更为全球流量测量领域的技术人员提供了权威、系统的参考依据。从技术发展角度看，ISO/TR15377:2023的发布体现了标准化工作与时俱进、服务产业需求的基本原则。随着工业技术的持续进步，流量测量的边界条件将不断拓展，新的挑战也将持续涌现。未来，该技术报告的进一步修订可以预见将重点关注以下方向：一是在数字化和智能化趋势下，如何将智能仪表技术与非标条件下的修正方法相结合，实现自适应测量与自诊断功能；二是伴随着新型传感技术和计算方法的涌现，特别是基于数字孪生和数据驱动的流量测量方法的发展，ISO/TR15377未来的修订可能更多考虑与这些新兴技术的协同与融合，为测量系统的智能化升级预留技术接口；三是随着氢能经济、碳捕集与封存（CCUS）等新兴领域的快速发展，超临界流体、高纯度气体等特殊介质的流量测量需求将不断增加，需要进一步补充和完善相应的技术指导内容。对于中国而言，ISO/TR15377:2023的实施和推广具有重要的现实意义。一方面，中国的能源、化工、电力等行业在快速发展过程中面临着大量非标流量测量需求，本技术报告可以直接指导工程实践，提升测量技术水平和数据质量。另一方面，中国的标准化机构和科研单位应当积极参与相关的国际标准制修订工作，结合国内的研究成果和实践经验，为国际标准化工作贡献中国智慧，提升中国在流量测量领域国际标准化舞台上的话语权和影响力。总之，ISO/TR15377:2023是一项技术价值和应用价值兼备的重要标准化文件。在工业互联网和智能制造快速推进的今天，精确可靠的流量测量数据是数字化转型的基石。我们有理由相信，该技术报告将在未来的工业实践中发挥日益重要的作用，为全球流量测量技术的规范化发展和工程应用水平的提升做出积极贡献。参考文献[1]ISO/TR15377:2023,Measurementoffluidflowbymeansofpressure-differentialdevices—Guidelinesforthespecificationoforificeplates,nozzlesandVenturitubesbeyondthescopeofISO5167series[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO5167-1:2022,Measurementoffluidflowbymeansofpressuredifferentialdevicesinsertedincircularcross-sectionconduitsrunningfull—Part1:Generalprinciplesandrequirements[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[3]ISO5167-2:2022,Measurementoffluidflowbymeansofpressuredifferentialdevicesinsertedincircularcross-sectionconduitsrunningfull—Part2:Orificeplates[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[4]ISO5167-3:2022,Measurementoffluidflowby