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流量計現狀及發展趨勢

隨著能源計量、環境保護和交通運輸領域的快速發展,許多新測量原理的流量測量方法和儀表被國內外開發出來,從而應用領域也有了很大拓展,進入許多過去的禁區,如可以不對管道作任何改動就可作非接觸測量;過去某些流量儀表用來測量特殊對象的流量時感到很困難,如今因技術上有所突破而變得容易。但是,環保工程等新興產業提出的要求,現有手段尚不能完全滿足,亟待開發。

下面筆者簡單介紹近年來國內外開發的新工作原理的流量儀表。

1.靜電流量計

靜電流量計是由日本東京技術學院研制,適用于石油輸送管線低導電液體流量測量的一種新型流量計。靜電流量計的金屬測量管絕緣地與管系連接,測量電容器上靜電荷便可知測量管內的電荷。

2.復合效應流量儀表

該儀表的工作原理是基于流體的動量和壓力作用于儀表腔體產生的變形,測量復合效應的變形求取流量。該儀表由美國GMI工程和管理學院開發,已申請兩項專利。

3.轉速表式流量傳感器

它是由俄羅斯科學工程中心工業儀表公司開發,并基于懸浮效應理論研制的。該儀表已在若干現場成功應用(例如在核電站安裝2000余臺測量熱水流量,連續使用8年),且還在改進以擴大應用領域。

4.哥氏力質量流量計

哥氏力質量流量計是20世紀90年代才開始應用的一種新型直接測量質量流量的流量計。歷史上曾經開發過基于渦輪流量計的徑流橫動量式直接質量流量計,但是沒有得到真正的實際應用。還曾經采用振動密度計和(速度式)體積流量計組成的質量流量測量系統。市場上還有熱式直接測量質量流量計。哥氏力質量流量計的出現,實現了直接質量測量和理想的高精度,使質量流量測量進入一個全新的時代。

5.二通插裝閥式動態流量計

早在20世紀90年代初,浙江大學就提出一種二通插裝閥式動態流量計。由于特殊設計的閥芯受壓大、慣性小,動態品質得到明顯提高,響應頻寬可達50Hz左右。之后,他們還成功研制出多種通徑的動態流量計。這些流量計在工作頻寬、流量范圍等方面都令人滿意,但由于未能消除動態流體慣性力的影響,因而流量變化越大時,測量誤差也越大。

6.光纖渦漩流量計

近年還研制出了一種光纖渦漩流量計,它用橫貫液流管中的光纖作為流量傳感器和漩渦發生器。液流在光纖下游產生有規則的漩渦,而光纖受到渦流的作用而振動,光纖通過振動對光進行調制,并把信號傳遞出來,然后采用光纖自差技術進行檢測,從而得到流速信號。這種流量測量方法由于被調制的信號是光信號,靈敏度高,測量范圍大,具有很好的動態特性。

據國際能源署(IEA)預測,從2007至2030年全球需要對能源基礎設施累計投資26萬億美元(以2007年美元價值計)。其中,電力行業投資13.6萬億美元,占總投資額的52.3%。至2030年,預計僅是維持目前能源的供應能力就需要全球能源投資的一多半資金,并且到2030年,世界許多地方的石油、天然氣和電力的基礎設施將需要更換。從長期來看,可預見的能源投資,將給流量計在石油天然氣和能源行業板塊的應用帶來不小的發展空間。

1.面臨的挑戰

傳統的機械式流量計,如差壓式流量計、容積式流量計和變面積式流量計,已經處于普及化階段,價格競爭激烈,利潤空間日益減小,技術革新較少,市場相對成熟。弗若斯特沙利文公司(frost&sullivan)認為,實現產品的差異化和定制化生產是生產商在成熟市場的激烈競爭中的一個重要突破點。根據弗若斯特沙利文公司對行業用戶的需求分析,用戶群體希望生產商能夠提供為生產過程帶來切實利益的自動化設備。用戶在產品應用過程中會產生具體的需求,例如:應用在石化行業的特殊環境中,需要堅固耐用的設計以及防爆認證;用戶對直管設計的科氏流量計的需求等。如何有效獲取用戶實際需求,并且對傳統產品進行改良,是對生產商差異化和定制化生產過程的一個不小挑戰。

2.流量計發展趨勢

從機械式流量計到電子技術流量計的革新是流量計最重要的發展趨勢之一。電磁流量計、超聲波流量計和渦街流量計利用電氣原理工作,從而避免了機械流量計工作中需要更換的運動機件。同時,自診斷功能被引入流量計中,使得流量儀表不僅是簡單的測量工具,更多地是為了實現系統維護的目的,例如空管道偵測和自檢驗等。

并且,在電子流量計中結合先進的通信技術后,使得控制人員能夠遠程實時獲取生產現場的流量數據和歷史數據。

未來流量計中將更多地引入電子技術,如數字信號處理(DSP)和微處理器,這使得流量計具備了自診斷功能,并且能夠更好地與生產控制層面進行通信。性能的提高將更好地滿足行業用戶的需求,給流量計創造更多的市場應用空間。

流量計共同的發展趨勢可以歸納如下:

1.結構日趨簡潔從當前發展最快的3種流量儀表(電磁、超聲、科氏)來看,機械結構都十分簡潔,管道內既無轉動件,又無節流件。

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。

3.安裝日益簡便工業自動化程度越來越高、用戶越來越愿意采用安裝維護簡便的產品,這也是插入式、外夾式儀表日益暢銷的原因。

4.儀表的可靠性日益提高減少或取消運動部件,采用高可靠性的傳感器和電子元器件,遵循可靠性原理的設計使儀表可靠性大幅度提高。

5.儀表的介質適應性和環境適應性日益提高。

6.新的信號處理技術(如DSP)和新的信號傳輸技術的應用(HART,FIELDBUS)日益廣泛。

7.現場儀表的傻瓜化和智能化,以及儀表的可用性日益增強。

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