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揭秘东风国产质量流量计背后的故事

2025/7/10 12:59:48 人评论 次浏览 分类:文化长廊  文章地址:http://www.jczxnmz.cn/community/6151.html

科氏流量计发明于上个世纪五十年代,初代产品由美国高准(Micro Motion)公司首先推向市场,但直到九十年代,国内才开始出现自主研发的企业。据工控网和QYResearch调研称,2022年中国流量计市场规模约101.7亿元,其中质量流量计占比30.5%(增速19.2%),预计到2030年将达到196亿元(年复合增长率为8.6%),国内市场增速是全球的两倍。科里奥利流量计是流程工业自动化的核心零部件,广泛应用于各大工业门类。昌晖仪表在本文揭秘国产质量流量计代表企业西安东风机电股份有限公司技术发展与变迁。

国内有销售科里奥利流量计的企业,大致可分为:外资企业、国内上市公司、国内老牌企业以及国内创新企业。


1、被 “卡脖子” 的艰难起步

我国国产质量流量计的技术,诞生于被 “卡脖子” 的艰难困境之中。

1977年,美国Micro Motion公司成功研制出世界上第一台科里奥利质量流量计,这一里程碑事件标志着该技术正式迈入产业化阶段。


彼时的中国,工业流量测量领域尚未构建起完整的计量体系。20世纪80年代,国内在科里奥利质量流量计这一前沿技术领域仍处于空白状态。油田单井测试不得不采用传统方法:通过压力计、温度计、容积式流量计等多台分立仪表进行间接测量,不仅系统复杂、操作繁琐,更因各仪表间的配合误差导致整体精度难以保证。


以Micro Motion为代表的国际巨头,垄断了全球市场,中国石油行业因缺乏高精度计量手段,仅计量误差造成的年损失就高达上千万元。

传统测量方式的局限性:

①依赖体积计量需进行二次换算,精度损失严重;
②多仪表协同作业,导致系统可靠性下降;
③面对油气水多相流等复杂工况时,传统方案往往束手无策。

1986年,转机悄然降临。西工大任思聪教授,受到当时驻日大使关于 “中国原油出口因计量误差导致巨额损失” 报告的触动,联合国营八七二厂科研一所副所长王博等科技工作者,正式提出自主研发国产科氏流量计的构想。最初的尝试布满荆棘,团队照搬陀螺仪结构,用普通钢管制造样机,却因材料性能不达标而宣告失败。


1988年5月,“西安东风机电仪表研究所” 注册成立,这标志着研发工作进入了系统化阶段。1989年,团队创造性地采用军工级316L不锈钢管,终于攻克敏感管振动频率匹配难题,成功造出第一台质量流量计原理样机。


1991年,这台凝聚着国产希望的设备在克拉玛依油田投入测试,由此开启了国产质量流量计的探索之旅。


关于研制“质量流量计”的申请报告(1986年)与科研合同(1989年)

关于研制“质量流量计”的申请报告(1986年)与科研合同(1989年)


东风第一代质量流量计ZLJ50变送器与传感器及数采装置调试成功

东风第一代质量流量计ZLJ50变送器与传感器及数采装置调试成功


2、合资入场,夹缝生存

20世纪90年代,国际品牌通过合资模式进入中国市场,却对核心技术进行严格封锁。国产企业在夹缝中开启了工程化探索,面临着材料、信号处理、环境适应性三大难关。

材料选择曾是最棘手的挑战。早期采用的普通不锈钢,在含硫工况下腐蚀严重。某油田1991年的测试报告显示,设备平均使用寿命仅8个月。1989年,研发团队转向耐腐蚀性更强的316L不锈钢,通过优化固溶处理工艺,显著提升了设备在复杂介质中的耐久性。


信号处理技术的升级同样关键。在模拟电路时代,温度漂移和相位检测精度不足,始终困扰着测量稳定性:25-75℃范围内,温度漂移可达0.08-0.12%/℃。1989年,变送器方案逐步落地,采用高频处理器和高精度转换器,将信号转换时间压缩至35μs,为测量精度提升奠定了坚实基础。


这一时期,西安东风科研团队在南阳、克拉玛依、大港等油田开展了大量实地试验。1992年,东风机电自主研发的两套高温高压型质量流量计在克拉玛依油田交付使用;1995年,其产品在大港油田试验中表现出色:流量1.87t/h时误差0.27%,4.02t/h时误差0.07%,7.85t/h时误差0.23%,精度远超同期其他设备。


1996年,ZLJ型质量流量计取得防爆证书和计量器具生产许可证;1997年成功进入中石油,国产科里奥利质量流量计成功投入应用,打破了该领域长期依赖国外技术的局面。1998年产品进入石油炼制行业。


ZLJ质量流量计产品计量器具样机试验合格证书

ZLJ质量流量计产品计量器具样机试验合格证书(1998年陕西省计量技术监督局签发)


3、技术深入,从单点突破到系统升级

步入21世纪,国产科氏流量计进入系统化提升阶段,从单一产品向全系列解决方案演进。研发重心转向环境适应性与长期可靠性与稳定性。针对温度波动、电磁干扰、振动冲击等工业现场常见问题,开展了数千次模拟试验;对高粘度介质、两相流、脉冲流等复杂工况,通过优化传感器结构和算法模型,逐步提升产品性能指标。

市场格局也随之改变。2000年初,进口品牌市场占有率超95%;到2010年,这一比例降至80%左右。以东风机电为代表的国产质量流量计企业凭借“性价比+本土化服务” 优势,逐步打破Emerson、E+H等国际品牌的垄断。


国产质量流量计从“能用” 向 “好用” 跨越。以东风机电为例:


2003年率其研发ZLJC360型大口径质量流量计,这一产品成功攻克大口径测量难题,满足了工业领域对大流量精准计量的迫切需求,拓宽了国产科氏质量流量计的应用边界,打破了此前进口品牌在该领域的技术封锁与市场垄断;


2004年取得计量器具维修许可证,通过承接国内外品牌维修业务积累经验,反哺产品优化;


2005年成功开发全数字解算DPT系列变送器,并取得发明专利授权,使得0.2级质量流量计产品提升到0.1级。同时,开始由流量计量向流量控制领域发展,陆续开发引进了基于流量计产品的集成设备(BCS系列批量计量控制系统和CMS系列油气分离计量系统),多项科研项目获得国家及省市地区的支持,多项产品核心技术获得国家专利授权。


2010年,东风机电与中石化签订框架采购协议,成为大型央企国产主要供应商,标志着国产计量仪表得到行业顶级认可。


至此,国产质量流量计产品系列化取得突破:DN10~DN150产品实现批量化生产,满足精细化工、食品加工、管输、储罐计量等领域的需求。这些技术突破,拓宽了国产科氏质量流量计的应用边界,巩固了对进口品牌技术与市场垄断的突破成果。


4、从落后到同台竞技

2010年至今,国产质量流量计进入“技术井喷” 期,东风机电等国内企业持续技术创新,逐步缩小与进口产品的差距。

测量精度跻身第一梯队。主流产品液体测量精度达到0.1%(15:1量程比),密度测量精度0.0005g/cc,与国际品牌高端机型持平;气体测量精度提升至0.35%,满足高压气体贸易交接需求。2018年,东风机电“科里奥利质量流量计的测量状态监测方法及装置” 发明专利获俄罗斯授权,累计授权发明专利达20项。


技术层面,国内企业在信号处理、结构设计、材料工艺等领域实现自主可控。数字滤波算法、智能诊断技术的应用,使设备抗干扰能力大幅提升;目前,DN1~DN300产品量产,316L、双相钢、钛、锆、钽等特殊材料的应用,拓展了介质适用范围。


特殊工况适应性实现突破。温度适应范围扩展至-200℃-350℃,可测量高温尾油、沥青、液氧、LNG等特殊介质;部分型号压力等级提升至100MPa,覆盖高压管道输送场景;适用于氢能源、天然气等新兴领域。


国产化替代成果显著。在国产化替代的关键战场,以东风机电产品为代表的产品与进口品牌质量流量计数据对比:


金陵石化《国产化科氏力质量流量计深化应用研究项目》,与进口设备长期比对显示,液体测量误差≤0.2%,重复性≤0.05%。


2011-2018年,河南炼化火车装车栈桥应用,累计安装250台。该系统用于汽油、柴油、航空煤油及液化气等产品的精准装车,显著提升了贸易交接的效率和计量准确性。


2022年齐鲁石化液体二氧化碳装车项目中,14台设备稳定运行,验证了国产设备在特殊介质计量中的可靠性。


这些成果推动着国产设备在管输、装车、储罐计量等核心场景的应用比例持续提升?;赝?0余年发展路,东风机电作为国产科氏流量计的先行者,为推动我国自研质量流量计的发展做出了突出的贡献,从1986年的理论研究起步,历经技术沉淀逐步构建起全产业链服务能力,推动国产科氏流量计从实验室走向工业现场。


如今,以东风机电为代表的国内企业,从精度提升、工况适应性拓展到应用场景创新持续发力,不断推动国产质量流量计技术向纵深发展,逐步缩小与进口产品的差距。目前已与国际品牌形成“竞争并存” 的市场格局,在更多行业和场景实现对进口产品的有效替代,推动国产替代进程在细分领域不断深化,合力重塑国内质量流量计市场格局,为中国工业计量的自主可控发展注入源源不断的动力。


后记:我国自主研发质量流量计仅短短30余年,还需要给予更多的支持和帮助,期待我们一起看见国产质量流量计的腾飞!

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