流量儀表的發(fā)展趨勢及熱點

1、678 2006621 市場瞭望V10N8流量儀表的發(fā)展趨勢及熱點毛新業(yè)關鍵詞：趨勢電磁 超聲節(jié)流裝置近來，我國政府提出了以科學發(fā)展觀建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會的國民經(jīng)濟指導方針后，由于流量測量涉及物流的計量，在生產(chǎn)中它是重要的信息源頭；在管理上它是效益考核、節(jié)能、環(huán)?？茖W評價的依據(jù)。無可置疑，在以上方面它都起著舉足輕重的地位， 倍受關注。流量是一個推導量，影響它的因素較多，女口：流體的物性、流體流動的特性、現(xiàn)場環(huán)境、 工藝的要求、安裝、維護、經(jīng)濟性”等。企圖用一種儀表滿足上述一切要求是不可能的。所以相應的儀表原理達十多種，類型近200多，每一種儀表都有其優(yōu)缺點， 只可能在某個特定領域

2、中發(fā)揮作用， 儀表各盡所能，用戶各取所需，尚沒有一種儀表可以獨占鰲頭，取代其 他一切儀表。本人就流量儀表的發(fā)展趨勢、熱點發(fā)表一些看法。浮光掠影，供大家參考。發(fā)展趨勢據(jù)專業(yè)網(wǎng)評估報告顯示，流量儀表的銷售額從 2002年的31億美元增長到2007年的35億美元，年增長率仍達2.6%。其中傳統(tǒng)儀表（節(jié)流、容積、渦輪、轉子等 ）為負增長-2.2%，2002年16.43億，占總流量儀表的 53% ； 2007年15.05億，占43%，而新型儀表（電磁、超 聲、科氏等）年增長率約 6.2%，2002年14.57億，占47% ； 2007年增為20.19億，占57%。 其中：電磁年增長率1.92%2002

3、年5.9億2007 年6.49 億超聲10.4%3.73 億6.12 億科氏6.9%3.72 億5.19 億上述評估認為傳統(tǒng)儀表總的發(fā)展呈下降趨勢，但也并非“一聲令下，煙消云散”。以孔板為例，它具有可干標及承受惡劣工況等優(yōu)勢，數(shù)十年來其他儀表無法取代，已裝機容量十分龐大。也有專業(yè)人士認為，市場趨勢雖向新型流量計轉變，但傳統(tǒng)儀表的安裝基數(shù)很大， 取代將是一個很長的過程。據(jù)某市場評估集團調(diào)查顯示，流量儀表2003年世界市場排序為：電磁、質量、節(jié)流、渦輪、孔板、科氏、容積、渦街、超聲、均速管、皮托管、文丘利、噴嘴、熱式、環(huán)孔、堰、 彎管、激光等，但這個分類不合理，許多儀表（劃下橫線）均應算為節(jié)流，這

4、樣來看，節(jié)流 從數(shù)量上應占市場第一位。由于節(jié)流裝置一般較為笨重，技術含量不高，國外廠商基本未涉足中國市場，我國工程中所用節(jié)流裝置仍主要選用國內(nèi)產(chǎn)品，據(jù)中國儀器儀表協(xié)會估計，傳統(tǒng)節(jié)流裝置年銷售量為 20萬臺以上，約6億元人民幣。渦輪流量計在國外多用于測氣體及粘度較小的液體，評估顯示，從20022007年CAGR為-3.2%，由2002年銷售額的4.1億美元降至2007年的3.48億，專家認為：超聲的增長勢 頭雖然咄咄逼人，而渦輪也較準確，與超聲相比，價格便宜得多，而量程比為10:1，大于差壓式3倍多，在商業(yè)計量、貿(mào)易結算上仍有獨特優(yōu)勢。我國年銷售量估計約2萬臺。容積式流量計非速度型儀表，無直管段

5、要求是其特點，準確度可達+/-0.5%以上，但較笨重，口徑一般在200毫米以下，近五年 CAGR為-2.7%，由2002年銷售量的5.2億美元降至2007年 的4.52億美元。我國油品計量多采用這種儀表，如各加油站用的加油機，國內(nèi)年銷售量估 計為5萬臺。執(zhí)占八、八、1. 電磁流量計根據(jù)法拉弟電磁感應定律，即當導體在磁場中切割磁力線時，將在兩端產(chǎn)生感應電動勢，其大小與流速成正比，據(jù)此可測流量值。電磁流量計最大的優(yōu)點是管道中無任何阻力件，可測液固兩相流、紙漿、礦漿、煤漿等，幾乎沒有壓損，對直管段要求較?。ㄉ?0D，下3D）,精確度可達+/-0.5%。測量范圍可達 50:1，口徑可大至3米。市場銷售

6、臺數(shù)雖未必超過差壓 式，但其銷售額居流量儀表市場魁首已是公認的事實。世界各國著名自動化儀表公司，如ABB、西門子、Krohne、橫河等，我國的幾家大儀表廠，如開封、威爾泰、光華、川儀都將它做為主導產(chǎn)品，可惜均引進國外ABB技術，基本上沒有自己創(chuàng)新的品牌。而名聲不大的浙江大河開發(fā)了自主產(chǎn)權的PMF-CF型電容式電磁流量計，其特點可測電導率低至0.01us/cm的液體（通用儀表需大于5us/cm）。電磁流量計雖有許多優(yōu)點，但在國外市場已近飽和，CAGR已低至1.92%。而據(jù)ARC公司評估，由于中國近年來加大在水處理、礦業(yè)、造紙、制藥等行業(yè)的投資力度，電磁流量 計國內(nèi)的CAGR將達到10.7%，預計

7、2008年為0.77億美元。2. 超聲流量計根據(jù)超聲波在管道中傳播時，順流向聲波速度增大、逆向減小原理，測得時差大小即可 知流體流速推算流量。由于氣體的聲阻大于液體，氣體超聲波流量計難度大于液體，據(jù)美國GE公司介紹接受反射回來的信息能量僅為發(fā)射的萬分之一，而時差僅10-910-12s。近年來由于在能源結構中，天然氣的比重日益加大、超聲氣體流量計準確度可達+/-0.5%以上，量程比為幾十比一，口徑可大至2m以上，是天然氣商務計量、貿(mào)易結算很理想的流量計，我國西氣東輸工程較重要的貿(mào)易結算采用了幾十臺。目前國外公司Instromet（荷）、GE、Emerson、Controlotron（美）、Kro

8、hne（德）、昌民（韓）均有產(chǎn)品；我國在1985年即開始研制曾有樣機進行了試驗，目前上海寶音、維思、唐山美 倫、天津億環(huán)、北京昌民（合資），均稱已有產(chǎn)品，但據(jù)了解在現(xiàn)場應用中仍有不足之處，有 待改進。外夾式流量計因便于裝卸、維護，頗受用戶青睞，GE資深流量專家表示，過去因超聲波穿過管壁能量損失及折射角等問題，使其難以問世，現(xiàn)美國Controlotron采用了寬束技術（Wide Beam TM）,使難題得以解決并已可提供1010GC、1010GCS系列外夾式產(chǎn)品，但管道內(nèi)氣體壓力不得小于60Psig（約4.22kg/cm2）。而GE公司采用了關聯(lián)標記法（CorrelationMethod）突破了

9、這一限制推出的 CTF878外夾式氣體超聲波流量計（圖 1）,可以測大氣、壓 縮氣體等。它可無需在管道開孔就可應用于有腐蝕性、有毒、高純、無菌等氣體的流量測量。3. 科氏流量計原理是當質量 m以速度v在一個旋轉體系中運動時，在質量m上將作用有向心力及切向的哥氏力，其大小取決質量 m及流速v，如測得科氏力即可知質量流量。為測科氏力，需激勵管道產(chǎn)生振動，體積十分龐大。口徑僅0.2米，高度即達2米，因而口徑難以超過 0.25米，而精確度可高達+/-0.5%以上，且可以直接測量質量流量及密度，使用戶不僅可獲知流 體的容積而且可了解其組成，特別適用于化學流程工業(yè)。其次，維護成本極低，使用多年可無需重新校

10、驗，無直管段長度要求。這些優(yōu)點令其成為頗具發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績x表。國外廠家有美國的MicroMotion（Emerson）、德國Krohne，我國有山西太行、浙江樂清 等（圖2）。由于技術的發(fā)展，科氏流量計的應用領域已從測油品、液體礦漿擴展到氣體。 美國燃氣協(xié)會（AGA）認為科氏很適合測天然氣，特別是壓縮天然氣加氣站的商務計量，由于天然氣在能源中的比重加大，為科氏在發(fā)展提供了很大的發(fā)展空間。據(jù)ARC公司評估，近幾年國際市場科氏會大幅增長，2007年銷售額將達6.27億美元，CAGR達7.6%，僅次于超聲。在計量上，科氏與超聲在口徑上有較大的互補性，科氏常用口徑為2寸左右，占90%，通常最大口徑到

11、6寸（150mm）;而超聲不適用于較小的管徑。由于科氏價格較貴（在相同口徑下為電磁的10倍）。我國多用容積式或渦輪代替，但維修、定期校驗量較大，只要價格適 當，在我國的市場潛力還是較大的。圖24. 兩相流量計為提高效率，降低成本，采取管道輸送口在現(xiàn)代工業(yè)運輸中得到廣泛應用，兩相流的流量測量日益迫切有待解決。（1 ）液固兩相電磁流量計已成功解決含有纖維、固體的液體流量，如礦漿、煤漿、貨漿、泥漿、污水 等等，無須絮述。（2 ）氣固兩相由于氣流中固體的沖刷、 磨削，只能采取非接觸式， 我國蘭州同位素研究所曾用同位素解決這一課題，但涉及環(huán)保等問題已很少采用。目前德國SWR公司推出了一系列微波氣固兩相流

12、量計，較成功用于各種現(xiàn)場，可惜價格較貴。其原理（圖3）當安裝在管道上的傳感器發(fā)射的微波束，穿過管道中的氣固兩相流，固體物流將吸收部分微波能量，通過測反射回來所削弱的微波能量可知固體流量。據(jù)SWR公司稱可測固體顆粒自1ns至1cm，流量可大至每小時數(shù)百噸，精確度+/-25%，安裝簡便，僅在管道上鉆約20mm圓孔，焊上接頭即可。（3 ）氣液兩相我國早于20多年前已從事此課題研究，天大、浙大、西安交大均有試驗室研制，但至 今仍未有產(chǎn)品推向市場，由于天然氣開采特別是海上平臺，難以采用笨重、龐大的分離器， 迫切期待提供氣液兩相流量計，目前普遍采用的是用 2臺不同型號的差壓流量計，串聯(lián)測量,從2個讀數(shù)來解

13、流體中氣液的容積比。我國克拉氣田購買了一臺14"英國Solartron公司提供的MK1型濕氣兩相流量計，報價14.4萬英磅，約230萬元人民幣，國內(nèi)廠商估計生產(chǎn)成本不過數(shù)萬元。5. 熱式流量計基于傳熱正比于流速的原理，通過測熱源溫度變化測量流量的儀表主要有2種型式：（1）熱分布式，熱源處于管道外壁，管徑較小，外徑425毫米，最小流量可測0.3升/小時、多用于測微小流量；(2)浸入式(插入式)。熱源處于管道內(nèi)，與流體直接接觸，多用大管道氣體 流量測量，近幾年倍受關注。從多國儀器儀表展覽會參展來看，2001年僅3家，2005年已達19家。這種儀表的優(yōu)點是直接可測質量流量，靈敏度高，測氣體

14、流速可低至1m/s，彌補了差壓式無法測低速的不足，且不易堵塞。它的應用領域廣闊，如取暖、環(huán)保、流程工業(yè)中 低速、常溫氣體流量測量。不足是準確度受流體組分影響，流體溫度不宜超過200C ；熱源會影響周圍溫度場，響應速度達1s,不適用于工控系統(tǒng)。而最近了解到美國矽翔科技公司(Siago丄td)推出的一種以 MEMS芯片做熱敏元件的插入式熱式流量計，改善了它的性能， 這種MEMS芯片僅4X 2mm，上刻有微熱源、上下游溫度檢測件。通過測氣體流過芯片的 溫度場變化來了解流速大小以推算流量，由于熱源極小不致影響管道中的溫度場，也將響應時間提高到了 0.1s，改善了調(diào)節(jié)品質也可用于工控系統(tǒng)。6. 新型節(jié)流

15、裝置經(jīng)典節(jié)流裝置工作可靠，可承受惡劣的工況， 孔板可干標等優(yōu)點， 長期以來取得用戶的信任、占流量儀表市場份額 6070%。但不適用于兩相流，而且要求直管段過長，現(xiàn)場難以 保證，出現(xiàn)了一系列環(huán)形通道節(jié)流裝置(詳見本刊2006年一期)。(1) 環(huán)形孔板美國上世紀60年代推出，它不僅適用于兩相流，而且對直管段長度要求 較短，但壓損較大。(2) 內(nèi)錐式流量計(V-cone)美國上世紀八十年代中期推出(圖4)，可以解決上述2個問題，但內(nèi)錐并非完美無缺，仍存在以下問題:(a) 力學結構為懸臂，易產(chǎn)生振動。(b) 取壓點不合理，P1未必可反映整個截面的壓力，P2處于錐體后漩渦區(qū)，壓力有波動,且傳壓管易堵塞。

16、(c) 直管段要求03D未必可行，710D較合理。(d) 尾錐后為漩渦，能量轉換是不可逆的，動能不可能無損恢復為位能，不是節(jié)能儀表。梭式 針對以上問題改進的專利產(chǎn)品(a) 采用三支桿固定流件梭體。(b) 充分考慮直管段不足時流速分布不均勻性，在環(huán)形通道中，采取測多點(912)總壓。(c) 尾錐不會產(chǎn)生漩渦，動能可平穩(wěn)轉換為位能，壓損小，可節(jié)能。7. 二次表智能化(1) 影響流量測量的因素很多，計算繁瑣，由于微電子、計算機技術的飛速發(fā)展，這一 切就變得簡單，可適應用戶的各種要求。例如，占流量儀表一半市場以上的差壓式流量計量程比只能為3: 1，采用智能式差壓變送器后，就可將量程比擴大到幾十比1。(

17、2) 根據(jù)用戶的要求，二次表可通過智能化具有許多功能，如同時顯示瞬時、累計流量； 快速進行運算；工況實時補償；系數(shù)實時修正；下限計費功能；分時計費；停電記錄；定時 抄表；自診斷；模擬數(shù)字兼容通信。近期德國Krohne公司推出的Optiflux電磁流量計，就具有十多種自診斷智能功能， 使其工作更為可靠，性能提高，據(jù)稱精確度可達+/-0.2%?？梢灶A計，二次表的智能化、多功能化是流量儀表研發(fā)中一個具有很大發(fā)展?jié)摿Φ恼n題！8. 大管道氣體流量的檢測與校驗 筆者將另撰文詳細說明。三 建議1. 發(fā)展趨勢(1) 結構日趨簡潔，從當前發(fā)展最快的 3 種流量儀表 (電磁、超聲、科氏 )來看，機械結構都 十分簡

18、潔，管道內(nèi)既無轉動件，又無節(jié)流件。(2)功能力求完善，隨著微電子、計算機、通信技術的飛速發(fā)展，流量儀表的功能日益完善、 多樣，不少機械部分難以解決的問題，依靠電子軟件則迎刃而解，如 Krohne 的智能電磁流 量計，不少超聲流量計不僅可測流量，還可測流體密度、組分、熱能等等。(3) 安裝日益簡便，工業(yè)自動化程度越高，用戶越歡迎采用安裝維護簡便的產(chǎn)品，這也是插 入式，外夾式儀表日益暢銷的原因。2. 國產(chǎn)化刻不容緩據(jù)了解， 我國近年來進口儀器儀表約 130 億美元， 出口約 30 億美元 (多為低附加值的電工儀 表、家用水表、氣表 )，國內(nèi)大型工程選用國外儀表占2/3，而其價格為國產(chǎn) 510 倍，我國大型流量儀