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文档简介

1、流量仪表的发展趋势及热点近来,我国政府提出了以科学发展观建设资源节约型、环境型”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,以生产中它是重要的信息 源头;在管理上它是效益 核、节能、环保科学评价的依据。无可置疑,它都起 着举足轻重的地位,日益倍受关注。流量是一个推导量,因影响它的因素太多,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即十多种,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

2、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。一发展趋势据“ FlowResearch ”网评估在20022007五年内,尽管国际经济不景气, 流量仪表年增长率仍达2.6%,即自2002年的31亿美元到2007年的35亿美 元。其中传统仪表(节流、容积、涡轮、转子)为负增长-2.2%,自2002年的 16.43亿占53%,到2007年的15.05亿,占有43%,而新型仪表(电磁、超声、 科氏)年增长率约6.2%,自2002年的14.57亿占47%。到2007年增为2 0.19亿占57%。其中上述评估认为传统仪表的发展呈下降趋势。 但也并非一声令下,烟消云散”, 以孔板为

3、例,以其可干标及承受恶劣工况等其他仪表无法取代的优势,数十年以来,已装机容量十分庞大,再加上人们的习惯性。Flow Research总裁JesseYoder认为:市场趋势虽向新技术流量计转变,但传统仪表已安装基数太大,这 将是一个很长的过程。锐德集团(Reed、Group)调查,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,但这个分类不合理,许多仪表均应算 为节流,如果这样分类,节流从数量上应占市场第一位。由于节流装置一般较少 笨重,技术含量不高,国外厂商未涉足中国市场,我国工程中所用节流装

4、置仍多选用国内产品,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6亿人民币。车砒*?耳6103 73g 9帛亿5 ft 涡轮流量计在国外多用于测气体及粘度较小的液体,据“ FlowResearch ”网评估最近五年(20022007)CAGR 为-3.2%,由于2002年销售额的4.1亿美元 降至2007年的3.48亿,Jesse Yoder认为:超声的增长势头虽然咄咄逼人, 涡轮也较准确,与超声相比,价格便宜得多,而量程比为10:1,大于差压式三倍多,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,准确度可达+/-0.5

5、%以上,但较笨重,口径一般在200毫米以下,据“FlowResearch”评估,近五年CAGR为-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 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。二执占k 八、八、1. 电磁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,将在二端感 应电动势,其大小与流速成正比,据此可测流量值。最大优点是管道中无任何阻 力件,可测液固二相流、纸浆、矿浆、煤浆 几乎没有压损,对直管段要求较 小(上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。从市场销售台数虽未必超

6、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都生产,如:ABB、西门子、Krohne、横河, 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都 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合,CAGR已低至1.92% , 而国内市场据美国ARC咨询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

7、到10.7%,自2003年销售0.46亿美元到2008年的0.77亿美元。但愿不仅是产值的增长,还 是质量的提高、品牌的创新!2. 超声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,气体超声波注量难度大于液体,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10-910-12秒。近年来由于在能源泉结构中,天然气的比重日益 加大!由于超声波气体流量计的准确度可达 +/-0.5%以上,量程比几十比一,口 径可大至2米以上,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

8、了几十台。目前国外的公司有 Instromet(荷)、GE、Emerson、Controlotrom(美)、Kro hne(德)、昌民(韩)均有产品;我国在1985年即开始研制曾有样机进行了试验, 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Mats。n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 C ontrolotron采用了宽束技术(Wide Beam)TM,使难题得以解决并已可提供 101 0GC、1010GCS系列外夹式产品,但管

9、道内气体压力不得小于 60Psig(约4.22 kg/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,可以测大气、压液气体等任何气体 (图1)。这使它可无需 在管道开孔可应用于有腐蚀性、有毒、高纯、无菌 等气体的流量测量。3. 科氏原理是当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,如测得哥氏力即可知质量流量。 为测哥氏力,必需激励管道产生振动,体积十分庞大。口径0.2米,高度即达2米,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

10、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。这是化学工 业应用的一个重要特点,其次,维护成本极低,使用多年可无需重新校验,对直 管段长度没要求。这些优点令其成为颇其发展力的流量仪表。生产厂家国外有美国的MicroMotion(Emerson)、德国的Krohne我国有山西太行、浙江乐清。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),认为科氏很适于测天然气,特别是压缩天然气加气站 的商务计量,由于天然气在能源泉中的比重加大,为科氏在发展提供了很大的发 展空间。据美国ARC咨询公司评估,近几年国际市场科氏会大幅增长,2007年销售额将达6.

11、27亿美元,CAFR达7.6%,仅次于超声。在计量上,科氏与超声有较大的互补性,科氏常用口径为2寸左右,占90%, 通常最大口径到6寸(150毫米);而超声不适用于太小的管径。由于科氏的价格 较贵,(在相同口径下为电磁的10倍)。我国多用容积式或涡轮代替,但维修、 定期校验量较大,只要科氏价格适当,在我国的市场活力还是较大的。4. 二相流为提高效率,降低成本,采取管道输送口顺现代工业运输中得到广泛地应 用,二相流的流量测量已日益迫切有待解决。a液固二相电磁流量计已可解决含有纤维、固体的液体流量,如矿浆、煤浆、货浆、 泥浆、污水等等。b气固二相由于气流中固体的冲刷、磨削,只能采取非接触式,我国兰

12、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二相流量计,较成功用于各种现场。其原理(图3)为安装在管道上的传感器、发射的微波束,穿过管道中的气固 二相流,固体物流将削弱部分微波,通过测反射回来的微波能量可知固体流量。 据SWR公司称可测固体颗粒自1纳米至1厘米,流量可大 每小时数百吨,精 确度+/-25%,安装简便,仅在管道上钻约20毫米圆孔,焊上接头即可。c气液二相我国早于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 分离器,迫切期待提供气液二相

13、流量计,目前普遍采用的是用二台不同型号的差 压流量计,串联测量,从二个读数来解流体中气液的容积比,我国杰拉气田购买了一台14英国公司提供的MK1型湿气二相流量计,报价14.4万英磅,约230万人民币,国内厂商估计生产成本不过数万元。拥有自主知识产权,振兴民族仪表工业迫不及待啊!5. 热式基于传热正比于流速的原理,通过测热源泉温度的变化测量流量的仪表主 要有二种型式:(1)热分布式,热源处于管道外壁,管径较小,外径 425毫米最 小流量可0.3升/小时、多用于测微小流量。(2)浸入式(插入式)热源泉管道内,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MICONEX参展来看,200

14、1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,灵敏度高于测气体流速低至1m/s,弥补了差压式无法测低速的不是,且不易堵塞。它是应用领域广阔,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 C;热源会影响周围 温度场,反映速度达1秒,不适用于工控系统。而最近了解到美国矽翔科技公司 (Siaqo .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4X2毫米,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

15、的温度场,也将影响应时间提高到了 0.1秒,改善了调节易质也可 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 6070%。但不适用于二相流,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。(1) 环形孔板,美国上世纪60年代推出它不仅适用于二相流,而且对直管段 长度要求较短,但压损太大。上世纪八十年代中期,美国推出了内锥式流量计(V-cone),可以解决上述二个问题,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

16、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 03D 未必可行, 710D 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 (912) 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

17、的差压式流量计量程比只能为3 :1,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;模拟数字兼容通讯(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三 见言絮语1. 发展趋势(1)

18、结构日趋简洁,从当前发展最快的三种流量仪表 ( 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、通讯技术的飞速发展,流量仪表多功能日益完善、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

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