導讀:蔡武昌,1951年畢業于大同大學(上海)電機系,原上海光華儀表廠總工程師,教授級工程師,長期從事流量儀表研究開發和生產技術等方面工作。社會職務現任中國儀器儀表行業協會流量工作委員會顧問。曾發表論文80余篇,獲兩項,出版有合作編著、主編《流量測量方法和儀表的選用》、《流量計應用指南電磁流量計》、《新型流量檢測儀表》、《流量測量技術及儀表》。
(蔡武昌)
層面為江河水文以及流程工業和公用事業。流量儀表制造行業主要服務對象為流程工業和公用事業。
第二層面僅按流程工業和公用事業應用領域與類型劃分。
第三層面按應用行業市場所占比例,據近年國外市場研究機構對流量儀表市場分析:化工占比25%以上;給排水、石油天然氣、食品飲料占10%~20%;精煉業、制漿造紙業占5%~10%;生物醫藥、電力、礦山冶金占5%以下。我國產業分布大體相當,唯食品飲料、生物醫藥要低一些。
但也有企業涉足層面劃分中所提及的服務與江河水文儀表,如上海一家儀表公司研發中的二維電磁流速儀。
流量測量之障礙
為何流量準確測量如此難,因為有較多影響準確測量各種因素(源頭)的附加誤差,例如被測流體的流動狀態、流體工況(壓力、溫度)和流體物性(密度、組分、黏度)變化、環境條件等。
現場流量測量是一個圍繞著流量儀表的測量系統,測量準確度除了儀表基本誤差外,還要加上各種影響量的附加誤差。流量儀表的基本誤差是在規定條件下設計的,或在符合規定要求流量標準裝置上校準或量值傳遞的。現場安裝的使用條件,往往偏離這些規定條件而帶來附加誤差。譬如0.5級準確度的儀表,現場測量誤差會超過0.5%。各項條件較好,工作細致,誤差可能在1%以內;如條件較差,工作粗糙(如管道內徑與儀表內徑不匹配,差別較大,連接處墊圈突入),測量誤差可能會超過1%,甚至到5%。這其中也有儀表功能性附加誤差,如超聲流量計所測流量過低,處于湍流向層流轉變過渡區間,儀表系數處于隨機性變化;電磁流量計液體電導率瞬間變化,都會使測量誤差增加。
流量儀表之歷程
階段為萌芽期(1934年~1949年)。
1934年上海光華精密機械廠(上海光華儀表廠前身)為上海各自來水公司提供修配用水表零件,1936年生產整只儀表。1946年天津聯昌機器廠(天津自動化儀表三廠前身)也生產水表。期末有數家水表生產廠。
新中國成立前我國僅有幾家生產水表的企業,次世界大戰時出現的制堿等流程工業以及公用業水廠、電廠等所用差壓式流量計還是從國外進口。
第二階段為發展初創期(1950年~1969年)。
這一時期新建了若干國營企業(如開封儀表廠),發展了一些私營企業,到期末時生產流量儀表的企業已有20家左右(流量儀表行業傳統上不包括水表業和家用燃氣表業)。儀表品種已有差壓式、浮子式、容積式、葉輪渦輪式等傳統流量儀表,并開始研發電磁式、超聲式等新技術流量儀表,少量提供市場試用。流量儀表制造業在這一時期曾組織過多次儀表的統一設計或聯合設計,并開始建立校準流量儀表的流量標準裝置。
第三階段為發展中期(1970年~1980年)。
發展中期陸續有一些國營自動化儀表廠擴展品種,增產或轉產流量儀表。這一時期出現了許多校辦工廠和鄉鎮企業,期末生產企業估計在80~100家之間,其中有些企業以后成為有相當實力的民營企業。電磁流量計等新技術儀表已可批量提供市場。
第四階段為技術引進和吸收成長期(1981年~1999年)。
這一時期儀表行業以許可證貿易、合作生產、中外合資等方式引進先進技術,生產差壓變送器、電磁流量計、科里奧利流量計、超聲流量計等先進新型流量儀表,我在21世紀初曾匯集,共有許可證貿易27項,合作/合資生產33項。期末全國生產流量儀表的企業估計為280家左右。
第五階段為多種經濟競爭期(2000年以后)。
2003年,流量儀表制造企業估計在450~540家之間,除國營、民營、中外合資外,21世紀初又進入了外商獨資企業。流量儀表市場占有比例居于前列的企業,都在中國建立了流量儀表生產基地。外商企業持先進型號儀表,占有市場,競爭更趨激烈。
從企業狀況方面來說,當前我國制造企業在550~650家之間,其中資質優、實力強者占1/6~1/4(不包括生產家用水表、燃氣表企業,2003年生產家用水表企業隊伍也相當龐大,有260~300家)。按企業經濟成分所有,分為國營、民營、中外合資和外商獨資四類。國有企業數量已不多,在中國儀器儀表行業協會流量儀表工作委員會(CIMA/FMC)所聯系的50余家會員中所占比例不到10%;民營企業則占很大比例,從原有國企改制的,國企改制分流職工自行創業衍生的,原國有企事業有志者下海建立的,民間有志者利用社會技術力量興辦的,其中有些已成為行業中間骨干力量;中外合資企業至少有20家,在外商獨資企業進入之前,其產品是先進的,占有市場很大份額;外商獨資企業已超過12家,流量儀表領頭企業都在我國建立了生產基地,如Emerson、E H、Krohne、橫河電機、西門子、ABB、奧巴爾等,其中有些已具有相當規模,也有企業關閉或壓縮本國生產點,從中國生產產品返銷本國和出口第三國,如設在蘇州的橫河電機。
在市場規模方面,由于流量儀表尚沒有官方或半官方的單獨統計項,因此各界所提供的也只能是研究估計。2012年,流量儀表市場容量估計在90億元左右(包括進口儀表,其中零部件占35%~40%),約占市場的1/4(不包括家用水表、燃氣表)。進口儀表中除整臺儀表外,還有一部分是電子部件和關鍵元件。某調查研究顯示2002~2007年間銷售金額年增長率為18.7%,近年有所下降,2007~2011年間估計為7.07%。
在品種組成方面,流程工業和公用事業常用流量儀表各品種都能滿足。
但蔡武昌認為其中科氏力式估計偏高些,其他項估計偏低些。
流量儀表制造業存在的問題主要表現為三點。點為企業研究開發力量薄弱,投入少。第二點與點有相似之處,即本土企業產品水平低,大部分保持在中低檔水平,相對落后,呈同質化現象。第三點是相當一部分企業不重視提高產品質量性能,例如應當實流校準的儀表,竟有不校準者,惡性低價競爭,擾亂市場。有些企業沒有實質性生產能力,貼牌銷售,近乎皮包公司。雖然政府鼓勵研發創新,對投入新產品采取改免稅等措施,但收效似乎不大。在產品質量管理方面也采取設置準入門檻、定期抽查等措施,但低劣儀表還是充斥市場。
但隨著有識之士的努力,重視企業信譽,市場力量必將優勝劣汰,健康發展。
流量儀表之成果
產品開發成果方面,以上現有儀表作參照系,列舉兩種在某些方面處于世界前列的實例。
彎管流量計。河北理工大學智能儀表廠(原唐山理工儀器儀表有限公司)李志教授團隊20余年研究開發,使彎管流量計準確度等級提高到0.5~1級,獲得系列彎管流出系數,可以做到不實流校準,應用于供熱水管網、蒸汽管網,該公司累計發貨量現已超過17000臺。上似乎未見有企業定型產品。
超聲水表。國外也有超聲流量計用作水表,我國則根據水表標準特點要求設計超聲水表,價格低廉,應用于管網區域計量管理。例如中國水協2010年度報告稱調查82家企業所用近1300臺超聲流量計中,超聲水表占56%。
關鍵設備“國產化”實例
中大管徑多聲道氣體超聲波流量計。西氣東輸期干線所用氣體超聲流量計都用進口產品,上海中核維思儀器儀表公司與上海同濟大學合作,經十余年研發的多聲道氣體超聲流量計,已在西氣東輸二期工程的干、支線上應用,在國家政策支持下,已有70%~80%采用了維思公司的產品。
流量儀表之趨勢
在企業發展方面,外資企業會攜國外技術與產品進入中國市場,利用在中國制造的低成本優勢,降低產品價格,進一步擴大在華市場。有實力的國內企業將會進一步發展,在已有基礎上逐步開發產品。市場中資質較差的企業將會被逐漸淘汰,而前一階段企業的膨脹勢頭也會有所緩和與冷卻。流量測量領域的服務性企業將會有進一步發展,如面向用戶去現場為大管徑流量儀表進行定期檢定。
在流量的測量方法上,也會有進一步的發展。如雙相、多相流量測量,具有測量氣/固、氣/液、固/液雙相或多相技術的產品將會逐步出現,而現今國內尚無像樣的定型產品。上尚處于初創成長,亦適用雙相流的聲納流量計、微波流量計等新穎儀表亦將會發展。除此之外,流量儀表在功能上也會增加自診斷和多參數測量等。
附:流量儀表發展見解之紀綱篇
流量儀表發展見解之武麗英篇