由于技術(shù)的發(fā)展,科氏流量計的應(yīng)用領(lǐng)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(wù)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zui大口徑到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(dāng),在我國的市場潛力還是較大的。
4. 兩相流量計
為提率,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(yīng)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量計,較成功用于各種現(xiàn)場,可惜價格較貴。
其原理(圖3)當(dāng)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,度+/-2~5%,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4~25毫米,zui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(guān)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(zhì)量流量,靈敏度高,測氣體流速可低至1m/s,彌補了差壓式無法測低速的不足,且不易堵塞。它的應(yīng)用領(lǐng)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200℃;熱源會影響周圍溫度場,響應(yīng)速度達1s,不適用于工控系統(tǒng)。而zui近了解到美國矽翔科技公司(Siago .Ltd)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4×2mm,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(yīng)時間提高到了0.1s,改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)也可用于工控系統(tǒng)。
6. 新型節(jié)流裝置
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*60~70%。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)錐并非無缺,仍存在以下問題:
(a)力學(xué)結(jié)構(gòu)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。
(c)直管段要求0~3D未必可行,7~10D較合理。
(d)尾錐后為漩渦,能量轉(zhuǎn)換是不可逆的,動能不可能無損恢復(fù)為位能,不是節(jié)能儀表。
(3)梭式 針對以上問題改進的產(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(9~12)總壓。
(c) 尾錐不會產(chǎn)生漩渦,動能可平穩(wěn)轉(zhuǎn)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(shù)的飛速發(fā)展,這一切就變得簡單,可適應(yīng)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。
(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。
(3)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)稱度可達+/-0.2%。
可以預(yù)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(jié)構(gòu)日趨簡潔,從當(dāng)前發(fā)展zui快的3種流量儀表(電磁、超聲、科氏)來看,機械結(jié)構(gòu)都十分簡潔,管道內(nèi)既無轉(zhuǎn)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(shù)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)5~10倍,我國大型流量儀表企業(yè)主要依靠*,缺乏擁有自主知識產(chǎn)權(quán)意識,創(chuàng)新乏力;自動化儀表國產(chǎn)化刻不容緩!
3. 品種多,選用要實事求是
流量儀表品種、類型較多,正確選用并非易事,建議:
(1)不要輕信廠商宣傳,廠商為利所圖,往往對儀表的技術(shù)指標夸大其詞,選用時要理性分析這些參數(shù)的依據(jù),有無檢驗證明。
(2)按需選取,勿追求高指標,如不是用于商務(wù)計量,貿(mào)易核算,準確度要求可以降低,如工控系統(tǒng)的某些場合,檢測、監(jiān)控儀表的重復(fù)性、可靠性好就可以了。
(3)全面考慮經(jīng)濟指標,儀表的經(jīng)濟性并非限于一次購買費用,還要考慮安裝維修(停產(chǎn)損失),是否節(jié)能(長期運行費)等因素。