為什么電弧增材是石油天然氣領(lǐng)域的熱門話題

來源： 格智大講堂

談到石油天然氣，“波動”是繞不開的詞。地緣政治沖突導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，都對原油價格產(chǎn)生著深遠影響，動輒兩位數(shù)的上漲下跌，常規(guī)市場分析已經(jīng)很難解釋如此動蕩的價格表現(xiàn)了。

加之目前對于世界經(jīng)濟的前景分析爭議頗大，對于世界經(jīng)濟衰退與否的判斷影響著國際石油供求關(guān)系變化。石油天然氣運營商們在努力平衡生產(chǎn)與需求的同時，也在著眼未來，尋求更經(jīng)濟、更安全、更清潔的能源解決方案。

對于許多運營商來說，一直以來，資產(chǎn)老化、備件庫存積壓、維護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對北美主要液化天然氣設(shè)施的計劃維護停機時間進行了分析，結(jié)果顯示，僅在科珀斯克里斯蒂的設(shè)施，預計2023年所有三套液化機組停機維護的損失約相當于120億至160億立方英尺的原料氣。而計劃外的維護成本可能會更高。

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)力和降低營運成本的角逐。“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越受到石油天然氣運營商們的歡迎。使用電弧增材技術(shù)生產(chǎn)零部件或者修復現(xiàn)有零部件，從技術(shù)和成本方面均滿足了他們對于提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本的需求，尤其是在修復方面，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)境開放，對成形尺寸無限制，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)開發(fā)可實現(xiàn)精準形貌控制、提高最終產(chǎn)品質(zhì)量的過程工藝，如WAAM3D的CWGMA（冷絲電弧增材）工藝等。

成本方面：
優(yōu)化：電弧增材簡化了供應(yīng)鏈，取代了傳統(tǒng)長周期的交付流程，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)性的項目提供了更好的過程管理，并克服了最小起訂量的問題，有助于減少備件庫存并提高舊組件的維修可用性。

越來越多的行業(yè)內(nèi)公司開始嘗試使用電弧增材技術(shù)生產(chǎn)更具有經(jīng)濟效益的零部件，甚至解決傳統(tǒng)制造方式難以實現(xiàn)的制造難題。本文列舉了幾個典型案例，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。

中國石油集團應(yīng)用
在上個月的“第一屆國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，中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院教授級高工胡美娟博士分享了中國石油集團石油管工程技術(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用法蘭盤

△鉆井大鉤鉤體

△液壓吊卡

殼牌：首個泄漏修復夾具
2023年9月，國際船級社DNV向殼牌和Bonney Forge聯(lián)合3D打印的閘閥頒發(fā)了 CE 認證。閘閥的具體信息將會在今年10月底舉行的ASTM 國際先進制造會議(ICAM)上公布。

2022年11月，殼牌宣稱已經(jīng)成功安裝首個電弧增材制造的泄漏修復夾具，修復受缺陷或腐蝕影響的管道，恢復運行管道的完整性，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梨谏a(chǎn)了當時最大的金屬石油和天然氣高壓管道組件。管道組件重940kg，長8m，這也是世界上第一次對這種類型的管道部件采用電弧增材技術(shù)生產(chǎn)并進行獨立的壓力測試。

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)過測試和認證，具有高水平的安全性。

瓦盧瑞克和道達爾：水套管
2021 年 5 月，法國合作伙伴瓦盧瑞克和道達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，用于在施工過程中阻止油井中的碳氫化合物涌出。因此，這是確保現(xiàn)場員工安全的關(guān)鍵部件。這兩家法國集團依靠增材制造，特別是電弧增材制造工藝，設(shè)計了一個1.2米高的部件，重220kg，重量減輕了50%。

盡管現(xiàn)在看來，石油天然氣行業(yè)在未來幾年將繼續(xù)處于“波動”狀態(tài)，但隨著電弧增材等先進技術(shù)的加入，石油天然氣運營商們對于中大型組件的成本控制水平將持續(xù)提升。對運營商們而言，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)展機遇，是未來贏得增長先機的關(guān)鍵所在，希望電弧增材制造技術(shù)能更快地開發(fā)出更廣泛的應(yīng)用場景，全面發(fā)揮其在石油天然氣領(lǐng)域的應(yīng)有作用。