為什么電弧增材是石油天然氣領(lǐng)域的熱門話題

來(lái)源： 格智大講堂

談到石油天然氣，“波動(dòng)”是繞不開(kāi)的詞。地緣政治沖突導(dǎo)致的石油天然氣供應(yīng)博弈，碳中和背景下的能源結(jié)構(gòu)變化，都對(duì)原油價(jià)格產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響，動(dòng)輒兩位數(shù)的上漲下跌，常規(guī)市場(chǎng)分析已經(jīng)很難解釋如此動(dòng)蕩的價(jià)格表現(xiàn)了。

加之目前對(duì)于世界經(jīng)濟(jì)的前景分析爭(zhēng)議頗大，對(duì)于世界經(jīng)濟(jì)衰退與否的判斷影響著國(guó)際石油供求關(guān)系變化。石油天然氣運(yùn)營(yíng)商們?cè)谂�力平衡生產(chǎn)與需求的同時(shí)，也在著眼未來(lái)，尋求更經(jīng)濟(jì)、更安全、更清潔的能源解決方案。

對(duì)于許多運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，一直以來(lái)，資產(chǎn)老化、備件庫(kù)存積壓、維護(hù)成本高昂都是很大的管理挑戰(zhàn)。全球能源研究分析師Wood Mackenziei對(duì)北美主要液化天然氣設(shè)施的計(jì)劃維護(hù)停機(jī)時(shí)間進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，僅在科珀斯克里斯蒂的設(shè)施，預(yù)計(jì)2023年所有三套液化機(jī)組停機(jī)維護(hù)的損失約相當(dāng)于120億至160億立方英尺的原料氣。而計(jì)劃外的維護(hù)成本可能會(huì)更高。

因此，成本管理在公司戰(zhàn)略中的重要性日趨凸顯，各大公司紛紛加入提高生產(chǎn)力和降低營(yíng)運(yùn)成本的角逐。“構(gòu)建更加靈活的供應(yīng)鏈并制定更加靈活的采購(gòu)策略”，成為了成本管理的主要任務(wù)。

這就很容易解釋，為什么電弧增材制造越來(lái)越受到石油天然氣運(yùn)營(yíng)商們的歡迎。使用電弧增材技術(shù)生產(chǎn)零部件或者修復(fù)現(xiàn)有零部件，從技術(shù)和成本方面均滿足了他們對(duì)于提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本的需求，尤其是在修復(fù)方面，他們希望電弧增材制造技術(shù)從成本效益的角度最大限度地減少損失。

技術(shù)方面：
尺寸：電弧增材成形環(huán)境開(kāi)放，對(duì)成形尺寸無(wú)限制，可以滿足中大型零部件的生產(chǎn)，如法蘭、閥體、環(huán)形接口、機(jī)械密封件等。
材料：電弧增材可以使用多種材料，包括鈦、鋁、難熔金屬、不銹鋼、銅、鎂、鎳基高溫合金等。
質(zhì)量：電弧增材可以組合多種材料生產(chǎn)梯度功能零部件，提高零部件質(zhì)量。目前也在持續(xù)開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)形貌控制、提高最終產(chǎn)品質(zhì)量的過(guò)程工藝，如WAAM3D的CWGMA（冷絲電弧增材）工藝等。

成本方面：
優(yōu)化：電弧增材簡(jiǎn)化了供應(yīng)鏈，取代了傳統(tǒng)長(zhǎng)周期的交付流程，如鑄造和鍛造，大幅度提高生產(chǎn)效率，可將大型鍛件的生產(chǎn)時(shí)間從一年多縮短至幾周。
節(jié)約：電弧增材與傳統(tǒng)制造方式相比，減少了原材料、能源和工具的消耗，可節(jié)省約70%的成本，BTF比率降低至＜2。
增值：電弧增材具備的數(shù)字化管理屬性為有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目提供了更好的過(guò)程管理，并克服了最小起訂量的問(wèn)題，有助于減少備件庫(kù)存并提高舊組件的維修可用性。

越來(lái)越多的行業(yè)內(nèi)公司開(kāi)始嘗試使用電弧增材技術(shù)生產(chǎn)更具有經(jīng)濟(jì)效益的零部件，甚至解決傳統(tǒng)制造方式難以實(shí)現(xiàn)的制造難題。本文列舉了幾個(gè)典型案例，讓我們一起看看電弧增材技術(shù)在石油天然氣領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

中國(guó)石油集團(tuán)應(yīng)用
在上個(gè)月的“第一屆國(guó)際定向能量沉積增材制造前沿技術(shù)及應(yīng)用高峰論壇”上，中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院教授級(jí)高工胡美娟博士分享了中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院的電弧增材技術(shù)應(yīng)用，目前已成功用于制造低溫厚壁大口徑三通管件、油氣管道全尺寸彎曲試驗(yàn)用法蘭盤、鉆井大鉤鉤體、液壓吊卡等。

△低溫厚壁大口徑三通管件

△油氣管道全尺寸彎曲試驗(yàn)用法蘭盤

△鉆井大鉤鉤體

△液壓吊卡

殼牌：首個(gè)泄漏修復(fù)夾具
2023年9月，國(guó)際船級(jí)社DNV向殼牌和Bonney Forge聯(lián)合3D打印的閘閥頒發(fā)了 CE 認(rèn)證。閘閥的具體信息將會(huì)在今年10月底舉行的ASTM 國(guó)際先進(jìn)制造會(huì)議(ICAM)上公布。

2022年11月，殼牌宣稱已經(jīng)成功安裝首個(gè)電弧增材制造的泄漏修復(fù)夾具，修復(fù)受缺陷或腐蝕影響的管道，恢復(fù)運(yùn)行管道的完整性，確保石油和天然氣的連續(xù)供應(yīng)。

AML3D：世界上最大的石油天然氣管道組件
2021年11月，澳大利亞增材制造公司AML3D使用電弧增材技術(shù)為�？松�美孚生產(chǎn)了當(dāng)時(shí)最大的金屬石油和天然氣高壓管道組件。管道組件重940kg，長(zhǎng)8m，這也是世界上第一次對(duì)這種類型的管道部件采用電弧增材技術(shù)生產(chǎn)并進(jìn)行獨(dú)立的壓力測(cè)試。

MX3D：管道夾
2021年底，荷蘭增材制造公司MX3D為石油和天然氣行業(yè)開(kāi)發(fā)了一款 3D 打印管道夾具。該零件由 MX3D、Team Industries 和 TiaT合作制造和測(cè)試。采用了混合制造方法，結(jié)合MX3D 的電弧增材制造工藝。3D打印的管道夾具已經(jīng)過(guò)測(cè)試和認(rèn)證，具有高水平的安全性。

瓦盧瑞克和道達(dá)爾：水套管
2021 年 5 月，法國(guó)合作伙伴瓦盧瑞克和道達(dá)爾首次宣布在北海成功安裝 3D 打印水套管。水套管是石油和天然氣鉆探行業(yè)中使用的一種組件，用于在施工過(guò)程中阻止油井中的碳?xì)浠�合物涌出。因此，這是確�，F(xiàn)場(chǎng)員工安全的關(guān)鍵部件。這兩家法國(guó)集團(tuán)依靠增材制造，特別是電弧增材制造工藝，設(shè)計(jì)了一個(gè)1.2米高的部件，重220kg，重量減輕了50%。

盡管現(xiàn)在看來(lái)，石油天然氣行業(yè)在未來(lái)幾年將繼續(xù)處于“波動(dòng)”狀態(tài)，但隨著電弧增材等先進(jìn)技術(shù)的加入，石油天然氣運(yùn)營(yíng)商們對(duì)于中大型組件的成本控制水平將持續(xù)提升。對(duì)運(yùn)營(yíng)商們而言，采取積極的成本管理措施、構(gòu)筑靈活供應(yīng)鏈以及把握技術(shù)發(fā)展機(jī)遇，是未來(lái)贏得增長(zhǎng)先機(jī)的關(guān)鍵所在，希望電弧增材制造技術(shù)能更快地開(kāi)發(fā)出更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，全面發(fā)揮其在石油天然氣領(lǐng)域的應(yīng)有作用。