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中国流量计网-新闻详细内容
供求信息: 流量仪表的发展趋势及热点
发布时间: 2008-2-12 阅读次数: 6164

近来,我国政府提出了以科学发展观建设“资源节约型、环境友好型”社会的国民经济指导方针后,由于流量测量涉及物流的计量,在生产中它是重要的信息源头;在管理上它是效益考核、节能、环保科学评价的依据。无可置疑,在以上方面它都起着举足轻重的地位,倍受关注。

流量是一个推导量,影响它的因素较多,如:流体的物性、流体流动的特性、现场环境、工艺的要求、安装、维护、经济性……等。企图用一种仪表满足上述一切要求是不可能的。所以相应的仪表原理达十多种,类型近200多,每一种仪表都有其优缺点,只可能在某个特定领域中发挥作用,仪表各尽所能,用户各取所需,尚没有一种仪表可以独占鳌头,取代其他一切仪表。

本人就流量仪表的发展趋势、热点发表一些看法。浮光掠影,供大家参考。

 

    发展趋势

 

据专业网评估报告显示,流量仪表的销售额从2002年的31亿美元增长到2007年的35亿美元,年增长率仍达2.6%。其中传统仪表(节流、容积、涡轮、转子等)为负增长-2.2%200216.43亿,占总流量仪表的53%200715.05亿,占43%,而新型仪表(电磁、超声、科氏等)年增长率约6.2%200214.57亿,占47%2007年增为20.19亿,占57%。其中:    

              年增长率       2002          2007

  电磁       1.92%          5.9亿           6.49亿

  

  超声       10.4%         3.73亿           6.12亿 

 

  科氏       6.9%          3.72亿            5.19亿

 

上述评估认为传统仪表总的发展呈下降趋势,但也并非“一声令下,烟消云散”。以孔板为例,它具有可干标及承受恶劣工况等优势,数十年来其他仪表无法取代,已装机容量十分庞大。也有专业人士认为,市场趋势虽向新型流量计转变,但传统仪表的安装基数很大,取代将是一个很长的过程。

据某市场评估集团调查显示,流量仪表2003年世界市场排序为:电磁、质量、节流、涡轮、孔板、科氏、容积、涡街、超声、均速管、皮托管、文丘利喷嘴、热式、环孔、堰、弯管、激光等,但这个分类不合理,许多仪表(划下横线)均应算为节流,这样来看,节流从数量上应占市场第一位。由于节流装置一般较为笨重,技术含量不高,国外厂商基本未涉足中国市场,我国工程中所用节流装置仍主要选用国内产品,据中国仪器仪表协会估计,传统节流装置年销售量为20万台以上,约6亿元人民币。

涡轮流量计在国外多用于测气体及粘度较小的液体,评估显示,从2002~2007CAGR-3.2%,由2002年销售额的4.1亿美元降至2007年的3.48亿,专家认为:超声的增长势头虽然咄咄逼人,而涡轮也较准确,与超声相比,价格便宜得多,而量程比为10:1,大于差压式3倍多,在商业计量、贸易结算上仍有独特优势。我国年销售量估计约2万台。容积式流量计非速度型仪表,无直管段要求是其特点,准确度可达+/-0.5%以上,但较笨重,口径一般在200毫米以下,近五年CAGR-2.7%,由2002年销售量的5.2亿美元降至2007年的4.52亿美元。我国油品计量多采用这种仪表,如各加油站用的加油机,国内年销售量估计为5万台。

 

    热点

 

1. 电磁流量计

 

根据法拉弟电磁感应定律,即当导体在磁场中切割磁力线时,将在两端产生感应电动势,其大小与流速成正比,据此可测流量值。电磁流量计最大的优点是管道中无任何阻力件,可测液固两相流、纸浆、矿浆、煤浆等,几乎没有压损,对直管段要求较小(10D,下3D),精确度可达+/-0.5%。测量范围可达50:1,口径可大至3米。市场销售台数虽未必超过差压式,但其销售额居流量仪表市场魁首已是公认的事实。

世界各国著名自动化仪表公司,如ABB、西门子、Krohne、横河等,我国的几家大仪表厂,如开封、威尔泰、光华、川仪都将它做为主导产品,可惜均引进国外ABB技术,基本上没有自己创新的品牌。而名声不大的浙江大河开发了自主产权的PMF-CF型电容式电磁流量计,其特点可测电导率低至0.01us/cm的液体(通用仪表需大于5us/cm)

电磁流量计虽有许多优点,但在国外市场已近饱和,CAGR已低至1.92%。而据ARC公司评估,由于中国近年来加大在水处理、矿业、造纸、制药等行业的投资力度,电磁流量计国内的CAGR将达到10.7%,预计2008年为0.77亿美元。

 

2. 超声流量计

 

根据超声波在管道中传播时,顺流向声波速度增大、逆向减小原理,测得时差大小即可知流体流速推算流量。由于气体的声阻大于液体,气体超声波流量计难度大于液体,据美国GE公司介绍接受反射回来的信息能量仅为发射的万分之一,而时差仅10-9~10-12s。近年来由于在能源结构中,天然气的比重日益加大、超声气体流量计准确度可达+/-0.5%以上,量程比为几十比一,口径可大至2m以上,是天然气商务计量、贸易结算很理想的流量计,我国西气东输工程较重要的贸易结算采用了几十台。

目前国外公司Instromet()GEEmersonControlotron()Krohne()、昌民()均有产品;我国在1985年即开始研制曾有样机进行了试验,目前上海宝音、维思、唐山美伦、天津亿环、北京昌民(合资),均称已有产品,但据了解在现场应用中仍有不足之处,有待改进。

外夹式流量计因便于装卸、维护,颇受用户青睐,GE资深流量专家表示,过去因超声波穿过管壁能量损失及折射角等问题,使其难以问世,现美国Controlotron采用了宽束技术(Wide Beam TM),使难题得以解决并已可提供1010GC1010GCS系列外夹式产品,但管道内气体压力不得小于60Psig(4.22kg/cm2)。而GE公司采用了关联标记法(Correlation Method)突破了这一限制推出的CTF878外夹式气体超声波流量计(图1),可以测大气、压缩气体等。它可无需在管道开孔就可应用于有腐蚀性、有毒、高纯、无菌等气体的流量测量。

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3. 科氏流量计

 

原理是当质量m以速度v在一个旋转体系中运动时,在质量m上将作用有向心力及切向的哥氏力,其大小取决质量m及流速v,如测得科氏力即可知质量流量。为测科氏力,需激励管道产生振动,体积十分庞大。口径仅0.2,高度即达2,因而口径难以超过0.25米,而精确度可高达+/-0.5%以上,且可以直接测量质量流量及密度,使用户不仅可获知流体的容积而且可了解其组成,特别适用于化学流程工业。其次,维护成本极低,使用多年可无需重新校验,无直管段长度要求。这些优点令其成为颇具发展潜力的流量仪表。国外厂家有美国的MicroMotion(Emerson)、德国Krohne,我国有山西太行、浙江乐清-----等(图2)。

由于技术的发展,科氏流量计的应用领域已从测油品、液体矿浆扩展到气体。美国燃气协会(AGA)认为科氏很适合测天然气,特别是压缩天然气加气站的商务计量,由于天然气在能源中的比重加大,为科氏在发展提供了很大的发展空间。据ARC公司评估,近几年国际市场科氏会大幅增长,2007年销售额将达6.27亿美元,CAGR7.6%,仅次于超声。

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在计量上,科氏与超声在口径上有较大的互补性,科氏常用口径为2寸左右,占90%,通常最大口径到6(150mm);而超声不适用于较小的管径。由于科氏价格较贵(在相同口径下为电磁的10)。我国多用容积式或涡轮代替,但维修、定期校验量较大,只要价格适当,在我国的市场潜力还是较大的。

 

4. 两相流量计

为提高效率,降低成本,采取管道输送口在现代工业运输中得到广泛应用,两相流的流量测量日益迫切有待解决。

1)液固两相

电磁流量计已成功解决含有纤维、固体的液体流量,如矿浆、煤浆、货浆、泥浆、污水等等,无须絮述。

2)气固两相

由于气流中固体的冲刷、磨削,只能采取非接触式,我国兰州同位素研究所曾用同位素解决这一课题,但涉及环保等问题已很少采用。目前德国SWR公司推出了一系列微波气固两相流量计,较成功用于各种现场,可惜价格较贵。

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其原理(3)当安装在管道上的传感器发射的微波束,穿过管道中的气固两相流,固体物流将吸收部分微波能量,通过测反射回来所削弱的微波能量可知固体流量。据SWR公司称可测固体颗粒自1ns1cm,流量可大至每小时数百吨,精确度+/-2~5%,安装简便,仅在管道上钻约20mm圆孔,焊上接头即可。

3)气液两相

我国早于20多年前已从事此课题研究,天大、浙大、西安交大均有试验室研制,但至今仍未有产品推向市场,由于天然气开采特别是海上平台,难以采用笨重、庞大的分离器,迫切期待提供气液两相流量计,目前普遍采用的是用2台不同型号的差压流量计,串联测量,从2个读数来解流体中气液的容积比。我国克拉气田购买了一台14"英国Solartron公司提供的MK1型湿气两相流量计,报价14.4万英磅,约230万元人民币,国内厂商估计生产成本不过数万元。

 

5. 热式流量计

 

基于传热正比于流速的原理,通过测热源温度变化测量流量的仪表主要有2种型式:(1)热分布式,热源处于管道外壁,管径较小,外径4~25毫米,最小流量可测0.3/小时、多用于测微小流量;(2)浸入式(插入式)。热源处于管道内,与流体直接接触,多用大管道气体流量测量,近几年倍受关注。从多国仪器仪表展览会参展来看,2001年仅3家,2005年已达19家。这种仪表的优点是直接可测质量流量,灵敏度高,测气体流速可低至1m/s,弥补了差压式无法测低速的不足,且不易堵塞。它的应用领域广阔,如取暖、环保、流程工业中低速、常温气体流量测量。不足是准确度受流体组分影响,流体温度不宜超过200℃;热源会影响周围温度场,响应速度达1s,不适用于工控系统。而最近了解到美国矽翔科技公司(Siago .Ltd)推出的一种以MEMS芯片做热敏元件的插入式热式流量计,改善了它的性能,这种MEMS芯片仅4×2mm,上刻有微热源、上下游温度检测件。通过测气体流过芯片的温度场变化来了解流速大小以推算流量,由于热源极小不致影响管道中的温度场,也将响应时间提高到了0.1s,改善了调节品质也可用于工控系统。

 

6. 新型节流装置

 

经典节流装置工作可靠,可承受恶劣的工况,孔板可干标等优点,长期以来取得用户的信任、占流量仪表市场份额60~70%。但不适用于两相流,而且要求直管段过长,现场难以保证,出现了一系列环形通道节流装置(详见本刊2006年一期)。

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(1)环形孔板  美国上世纪60年代推出,它不仅适用于两相流,而且对直管段长度要求较短,但压损较大。

(2) 内锥式流量计(V-cone)  美国上世纪八十年代中期推出(图4

,可以解决上述2个问题,但内锥并非完美无缺,仍存在以下问题:

(a)力学结构为悬臂,易产生振动。

(b)取压点不合理,P1未必可反映整个截面的压力,P2处于锥体后漩涡区,压力有波动,且传压管易堵塞。

(c)直管段要求0~3D未必可行,7~10D较合理。

(d)尾锥后为漩涡,能量转换是不可逆的,动能不可能无损恢复为位能,不是节能仪表。

(3)梭式  针对以上问题改进的专利产品

(a) 采用三支杆固定流件——梭体。

(b) 充分考虑直管段不足时流速分布不均匀性,在环形通道中,采取测多点(9~12)总压。

(c) 尾锥不会产生漩涡,动能可平稳转换为位能,压损小,可节能。

 

7. 二次表智能化

 

(1)影响流量测量的因素很多,计算繁琐,由于微电子、计算机技术的飞速发展,这一切就变得简单,可适应用户的各种要求。

例如,占流量仪表一半市场以上的差压式流量计量程比只能为31,采用智能式差压变送器后,就可将量程比扩大到几十比1

(2)根据用户的要求,二次表可通过智能化具有许多功能,如同时显示瞬时、累计流量;快速进行运算;工况实时补偿;系数实时修正;下限计费功能;分时计费;停电记录;定时抄表;自诊断;模拟数字兼容通信。

(3)近期德国Krohne公司推出的Optiflux电磁流量计,就具有十多种自诊断智能功能,使其工作更为可靠,性能提高,据称精确度可达+/-0.2%

可以预计,二次表的智能化、多功能化是流量仪表研发中一个具有很大发展潜力的课题!

 

8. 大管道气体流量的检测与校验

笔者将另撰文详细说明。

 

    建议

 

1. 发展趋势

 

(1) 结构日趋简洁,从当前发展最快的3种流量仪表(电磁、超声、科氏)来看,机械结构都十分简洁,管道内既无转动件,又无节流件。

(2)功能力求完善,随着微电子、计算机、通信技术的飞速发展,流量仪表的功能日益完善、多样,不少机械部分难以解决的问题,依靠电子软件则迎刃而解,如Krohne的智能电磁流量计,不少超声流量计不仅可测流量,还可测流体密度、组分、热能等等。

(3)安装日益简便,工业自动化程度越高,用户越欢迎采用安装维护简便的产品,这也是插入式,外夹式仪表日益畅销的原因。

 

2. 国产化刻不容缓

据了解,我国近年来进口仪器仪表约130亿美元,出口约30亿美元(多为低附加值的电工仪表、家用水表、气表),国内大型工程选用国外仪表占2/3,而其价格为国产5~10倍,我国大型流量仪表企业主要依靠国外技术,缺乏拥有自主知识产权意识,创新乏力;自动化仪表国产化刻不容缓!

 

3. 品种多,选用要实事求是

 

流量仪表品种、类型较多,正确选用并非易事,建议:

(1)不要轻信厂商宣传,厂商为利所图,往往对仪表的技术指标夸大其词,选用时要理性分析这些参数的依据,有无检验证明。

(2)按需选取,勿追求高指标,如不是用于商务计量,贸易核算,准确度要求可以降低,如工控系统的某些场合,检测、监控仪表的重复性、可靠性好就可以了。

(3)全面考虑经济指标,仪表的经济性并非限于一次购买费用,还要考虑安装维修(停产损失),是否节能(长期运行费)等因素。

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