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    揭秘東風國產質量流量計背后的故事

    2025/7/10 12:59:48 人評論 次瀏覽 分類:文化長廊  文章地址:http://m.xzycr.cn/community/6151.html

    科氏流量計發明于上個世紀五十年代,初代產品由美國高準(Micro Motion)公司首先推向市場,但直到九十年代,國內才開始出現自主研發的企業。據工控網和QYResearch調研稱,2022年中國流量計市場規模約101.7億元,其中質量流量計占比30.5%(增速19.2%),預計到2030年將達到196億元(年復合增長率為8.6%),國內市場增速是全球的兩倍。科里奧利流量計是流程工業自動化的核心零部件,廣泛應用于各大工業門類。昌暉儀表在本文揭秘國產質量流量計代表企業西安東風機電股份有限公司技術發展與變遷。

    國內有銷售科里奧利流量計的企業,大致可分為:外資企業、國內上市公司、國內老牌企業以及國內創新企業。


    1、被 “卡脖子” 的艱難起步

    我國國產質量流量計的技術,誕生于被 “卡脖子” 的艱難困境之中。

    1977年,美國Micro Motion公司成功研制出世界上第一臺科里奧利質量流量計,這一里程碑事件標志著該技術正式邁入產業化階段。


    彼時的中國,工業流量測量領域尚未構建起完整的計量體系。20世紀80年代,國內在科里奧利質量流量計這一前沿技術領域仍處于空白狀態。油田單井測試不得不采用傳統方法:通過壓力計、溫度計、容積式流量計等多臺分立儀表進行間接測量,不僅系統復雜、操作繁瑣,更因各儀表間的配合誤差導致整體精度難以保證。


    以Micro Motion為代表的國際巨頭,壟斷了全球市場,中國石油行業因缺乏高精度計量手段,僅計量誤差造成的年損失就高達上千萬元。

    傳統測量方式的局限性:

    ①依賴體積計量需進行二次換算,精度損失嚴重;
    ②多儀表協同作業,導致系統可靠性下降;
    ③面對油氣水多相流等復雜工況時,傳統方案往往束手無策。

    1986年,轉機悄然降臨。西工大任思聰教授,受到當時駐日大使關于 “中國原油出口因計量誤差導致巨額損失” 報告的觸動,聯合國營八七二廠科研一所副所長王博等科技工作者,正式提出自主研發國產科氏流量計的構想。最初的嘗試布滿荊棘,團隊照搬陀螺儀結構,用普通鋼管制造樣機,卻因材料性能不達標而宣告失敗。


    1988年5月,“西安東風機電儀表研究所” 注冊成立,這標志著研發工作進入了系統化階段。1989年,團隊創造性地采用軍工級316L不銹鋼管,終于攻克敏感管振動頻率匹配難題,成功造出第一臺質量流量計原理樣機。


    1991年,這臺凝聚著國產希望的設備在克拉瑪依油田投入測試,由此開啟了國產質量流量計的探索之旅。


    關于研制“質量流量計”的申請報告(1986年)與科研合同(1989年)

    關于研制“質量流量計”的申請報告(1986年)與科研合同(1989年)


    東風第一代質量流量計ZLJ50變送器與傳感器及數采裝置調試成功

    東風第一代質量流量計ZLJ50變送器與傳感器及數采裝置調試成功


    2、合資入場,夾縫生存

    20世紀90年代,國際品牌通過合資模式進入中國市場,卻對核心技術進行嚴格封鎖。國產企業在夾縫中開啟了工程化探索,面臨著材料、信號處理、環境適應性三大難關。

    材料選擇曾是最棘手的挑戰。早期采用的普通不銹鋼,在含硫工況下腐蝕嚴重。某油田1991年的測試報告顯示,設備平均使用壽命僅8個月。1989年,研發團隊轉向耐腐蝕性更強的316L不銹鋼,通過優化固溶處理工藝,顯著提升了設備在復雜介質中的耐久性。


    信號處理技術的升級同樣關鍵。在模擬電路時代,溫度漂移和相位檢測精度不足,始終困擾著測量穩定性:25-75℃范圍內,溫度漂移可達0.08-0.12%/℃。1989年,變送器方案逐步落地,采用高頻處理器和高精度轉換器,將信號轉換時間壓縮至35μs,為測量精度提升奠定了堅實基礎。


    這一時期,西安東風科研團隊在南陽、克拉瑪依、大港等油田開展了大量實地試驗。1992年,東風機電自主研發的兩套高溫高壓型質量流量計在克拉瑪依油田交付使用;1995年,其產品在大港油田試驗中表現出色:流量1.87t/h時誤差0.27%,4.02t/h時誤差0.07%,7.85t/h時誤差0.23%,精度遠超同期其他設備。


    1996年,ZLJ型質量流量計取得防爆證書和計量器具生產許可證;1997年成功進入中石油,國產科里奧利質量流量計成功投入應用,打破了該領域長期依賴國外技術的局面。1998年產品進入石油煉制行業。


    ZLJ質量流量計產品計量器具樣機試驗合格證書

    ZLJ質量流量計產品計量器具樣機試驗合格證書(1998年陜西省計量技術監督局簽發)


    3、技術深入,從單點突破到系統升級

    步入21世紀,國產科氏流量計進入系統化提升階段,從單一產品向全系列解決方案演進。研發重心轉向環境適應性與長期可靠性與穩定性。針對溫度波動、電磁干擾、振動沖擊等工業現場常見問題,開展了數千次模擬試驗;對高粘度介質、兩相流、脈沖流等復雜工況,通過優化傳感器結構和算法模型,逐步提升產品性能指標。

    市場格局也隨之改變。2000年初,進口品牌市場占有率超95%;到2010年,這一比例降至80%左右。以東風機電為代表的國產質量流量計企業憑借“性價比+本土化服務” 優勢,逐步打破Emerson、E+H等國際品牌的壟斷。


    國產質量流量計從“能用” 向 “好用” 跨越。以東風機電為例:


    2003年率其研發ZLJC360型大口徑質量流量計,這一產品成功攻克大口徑測量難題,滿足了工業領域對大流量精準計量的迫切需求,拓寬了國產科氏質量流量計的應用邊界,打破了此前進口品牌在該領域的技術封鎖與市場壟斷;


    2004年取得計量器具維修許可證,通過承接國內外品牌維修業務積累經驗,反哺產品優化;


    2005年成功開發全數字解算DPT系列變送器,并取得發明專利授權,使得0.2級質量流量計產品提升到0.1級。同時,開始由流量計量向流量控制領域發展,陸續開發引進了基于流量計產品的集成設備(BCS系列批量計量控制系統和CMS系列油氣分離計量系統),多項科研項目獲得國家及省市地區的支持,多項產品核心技術獲得國家專利授權。


    2010年,東風機電與中石化簽訂框架采購協議,成為大型央企國產主要供應商,標志著國產計量儀表得到行業頂級認可。


    至此,國產質量流量計產品系列化取得突破:DN10~DN150產品實現批量化生產,滿足精細化工、食品加工、管輸、儲罐計量等領域的需求。這些技術突破,拓寬了國產科氏質量流量計的應用邊界,鞏固了對進口品牌技術與市場壟斷的突破成果。


    4、從落后到同臺競技

    2010年至今,國產質量流量計進入“技術井噴” 期,東風機電等國內企業持續技術創新,逐步縮小與進口產品的差距。

    測量精度躋身第一梯隊。主流產品液體測量精度達到0.1%(15:1量程比),密度測量精度0.0005g/cc,與國際品牌高端機型持平;氣體測量精度提升至0.35%,滿足高壓氣體貿易交接需求。2018年,東風機電“科里奧利質量流量計的測量狀態監測方法及裝置” 發明專利獲俄羅斯授權,累計授權發明專利達20項。


    技術層面,國內企業在信號處理、結構設計、材料工藝等領域實現自主可控。數字濾波算法、智能診斷技術的應用,使設備抗干擾能力大幅提升;目前,DN1~DN300產品量產,316L、雙相鋼、鈦、鋯、鉭等特殊材料的應用,拓展了介質適用范圍。


    特殊工況適應性實現突破。溫度適應范圍擴展至-200℃-350℃,可測量高溫尾油、瀝青、液氧、LNG等特殊介質;部分型號壓力等級提升至100MPa,覆蓋高壓管道輸送場景;適用于氫能源、天然氣等新興領域。


    國產化替代成果顯著。在國產化替代的關鍵戰場,以東風機電產品為代表的產品與進口品牌質量流量計數據對比:


    金陵石化《國產化科氏力質量流量計深化應用研究項目》,與進口設備長期比對顯示,液體測量誤差≤0.2%,重復性≤0.05%。


    2011-2018年,河南煉化火車裝車棧橋應用,累計安裝250臺。該系統用于汽油、柴油、航空煤油及液化氣等產品的精準裝車,顯著提升了貿易交接的效率和計量準確性。


    2022年齊魯石化液體二氧化碳裝車項目中,14臺設備穩定運行,驗證了國產設備在特殊介質計量中的可靠性。


    這些成果推動著國產設備在管輸、裝車、儲罐計量等核心場景的應用比例持續提升。回望30余年發展路,東風機電作為國產科氏流量計的先行者,為推動我國自研質量流量計的發展做出了突出的貢獻,從1986年的理論研究起步,歷經技術沉淀逐步構建起全產業鏈服務能力,推動國產科氏流量計從實驗室走向工業現場。


    如今,以東風機電為代表的國內企業,從精度提升、工況適應性拓展到應用場景創新持續發力,不斷推動國產質量流量計技術向縱深發展,逐步縮小與進口產品的差距。目前已與國際品牌形成“競爭并存” 的市場格局,在更多行業和場景實現對進口產品的有效替代,推動國產替代進程在細分領域不斷深化,合力重塑國內質量流量計市場格局,為中國工業計量的自主可控發展注入源源不斷的動力。


    后記:我國自主研發質量流量計僅短短30余年,還需要給予更多的支持和幫助,期待我們一起看見國產質量流量計的騰飛!

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