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流量计现状及发展趋势

随着能源计量、环境保护和交通运输领域的快速发展,许多新测量原理的流量测量方法和仪表被国内外开发出来,从而应用领域也有了很大拓展,进入许多过去的禁区,如可以不对管道作任何改动就可作非接触测量;过去某些流量仪表用来测量特殊对象的流量时感到很困难,如今因技术上有所突破而变得容易。但是,环保工程等新兴产业提出的要求,现有手段尚不能完全满足,亟待开发。

下面笔者简单介绍近年来国内外开发的新工作原理的流量仪表。

1.静电流量计

静电流量计是由日本东京技术学院研制,适用于石油输送管线低导电液体流量测量的一种新型流量计。静电流量计的金属测量管绝缘地与管系连接,测量电容器上静电荷便可知测量管内的电荷。

2.复合效应流量仪表

该仪表的工作原理是基于流体的动量和压力作用于仪表腔体产生的变形,测量复合效应的变形求取流量。该仪表由美国GMI工程和管理学院开发,已申请两项专利。

3.转速表式流量传感器

它是由俄罗斯科学工程中心工业仪表公司开发,并基于悬浮效应理论研制的。该仪表已在若干现场成功应用(例如在核电站安装2000余台测量热水流量,连续使用8年),且还在改进以扩大应用领域。

4.哥氏力质量流量计

哥氏力质量流量计是20世纪90年代才开始应用的一种新型直接测量质量流量的流量计。历史上曾经开发过基于涡轮流量计的径流横动量式直接质量流量计,但是没有得到真正的实际应用。还曾经采用振动密度计和(速度式)体积流量计组成的质量流量测量系统。市场上还有热式直接测量质量流量计。哥氏力质量流量计的出现,实现了直接质量测量和理想的高精度,使质量流量测量进入一个全新的时代。

5.二通插装阀式动态流量计

早在20世纪90年代初,浙江大学就提出一种二通插装阀式动态流量计。由于特殊设计的阀芯受压大、惯性小,动态品质得到明显提高,响应频宽可达50Hz左右。之后,他们还成功研制出多种通径的动态流量计。这些流量计在工作频宽、流量范围等方面都令人满意,但由于未能消除动态流体惯性力的影响,因而流量变化越大时,测量误差也越大。

6.光纤涡漩流量计

近年还研制出了一种光纤涡漩流量计,它用横贯液流管中的光纤作为流量传感器和漩涡发生器。液流在光纤下游产生有规则的漩涡,而光纤受到涡流的作用而振动,光纤通过振动对光进行调制,并把信号传递出来,然后采用光纤自差技术进行检测,从而得到流速信号。这种流量测量方法由于被调制的信号是光信号,灵敏度高,测量范围大,具有很好的动态特性。

据国际能源署(IEA)预测,从2007至2030年全球需要对能源基础设施累计投资26万亿美元(以2007年美元价值计)。其中,电力行业投资13.6万亿美元,占总投资额的52.3%。至2030年,预计仅是维持目前能源的供应能力就需要全球能源投资的一多半资金,并且到2030年,世界许多地方的石油、天然气和电力的基础设施将需要更换。从长期来看,可预见的能源投资,将给流量计在石油天然气和能源行业板块的应用带来不小的发展空间。

1.面临的挑战

传统的机械式流量计,如差压式流量计、容积式流量计和变面积式流量计,已经处于普及化阶段,价格竞争激烈,利润空间日益减小,技术革新较少,市场相对成熟。弗若斯特沙利文公司(frost&sullivan)认为,实现产品的差异化和定制化生产是生产商在成熟市场的激烈竞争中的一个重要突破点。根据弗若斯特沙利文公司对行业用户的需求分析,用户群体希望生产商能够提供为生产过程带来切实利益的自动化设备。用户在产品应用过程中会产生具体的需求,例如:应用在石化行业的特殊环境中,需要坚固耐用的设计以及防爆认证;用户对直管设计的科氏流量计的需求等。如何有效获取用户实际需求,并且对传统产品进行改良,是对生产商差异化和定制化生产过程的一个不小挑战。

2.流量计发展趋势

从机械式流量计到电子技术流量计的革新是流量计最重要的发展趋势之一。电磁流量计、超声波流量计和涡街流量计利用电气原理工作,从而避免了机械流量计工作中需要更换的运动机件。同时,自诊断功能被引入流量计中,使得流量仪表不仅是简单的测量工具,更多地是为了实现系统维护的目的,例如空管道侦测和自检验等。

并且,在电子流量计中结合先进的通信技术后,使得控制人员能够远程实时获取生产现场的流量数据和历史数据。

未来流量计中将更多地引入电子技术,如数字信号处理(DSP)和微处理器,这使得流量计具备了自诊断功能,并且能够更好地与生产控制层面进行通信。性能的提高将更好地满足行业用户的需求,给流量计创造更多的市场应用空间。

流量计共同的发展趋势可以归纳如下:

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。

3.安装日益简便工业自动化程度越来越高、用户越来越愿意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。

4.仪表的可靠性日益提高减少或取消运动部件,采用高可靠性的传感器和电子元器件,遵循可靠性原理的设计使仪表可靠性大幅度提高。

5.仪表的介质适应性和环境适应性日益提高。

6.新的信号处理技术(如DSP)和新的信号传输技术的应用(HART,FIELDBUS)日益广泛。

7.现场仪表的傻瓜化和智能化,以及仪表的可用性日益增强。

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