能源巨頭康菲石油(COP)采用3D打印解決極寒偏遠(yuǎn)地區(qū)的供應(yīng)鏈問題

2023年12月15日，南極熊獲悉，美國第三大能源公司康菲石油（CONOCOPHILLIPS，簡稱COP）為了縮短阿拉斯加北部偏遠(yuǎn)地區(qū)關(guān)鍵零部件的交貨時(shí)間，轉(zhuǎn)向了3D打印，并結(jié)合數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)。這家能源巨頭的這一舉措可能對整個行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

極端條件下催生的解決思路

阿拉斯加的極寒環(huán)境并沒有引起當(dāng)?shù)貙?shù)字制造的重視。然而，當(dāng)這里是許多公司資產(chǎn)的所在地時(shí)（就像康菲石油公司一樣），有時(shí)候最合理的策略是將技術(shù)更接近實(shí)際操作的地方，即更貼近邊緣，以便更有效地管理和利用這些資產(chǎn)。

該公司首席數(shù)字和信息官Pragati Mathur表示：“除了極其寒冷之外，在這里工作還帶來了供應(yīng)鏈的重大挑戰(zhàn)。Carlo預(yù)感到3D打印確實(shí)可以改變游戲規(guī)則。”

△康菲石油公司首席工程師Carlo De Bernardi

Mathur在2021年加入康菲石油公司之前曾在Staples和Biogen擔(dān)任技術(shù)主管，他指的是康菲石油公司的首席工程師Carlo De Bernardi，負(fù)責(zé)擴(kuò)大公司3D打印的采用。De Bernardi表示，要了解3D打印在該地區(qū)的價(jià)值主張，您必須首先了解極端的操作條件。

Kuparuk位于阿拉斯加的北坡，距費(fèi)爾班克斯約250英里。該地區(qū)距北冰洋僅一箭之遙，冬季十分嚴(yán)酷。氣溫經(jīng)常降至零下40華氏度，極夜使該地區(qū)陷入黑暗長達(dá)數(shù)周。

然而，這里是康菲石油公司在該州三大開發(fā)項(xiàng)目之一的所在地，該公司的燃?xì)廨啓C(jī)是該公司業(yè)務(wù)的核心。通過燃燒過程，這些渦輪機(jī)壓縮大部分伴生天然氣，然后將其重新注入儲層以提高石油采收率(EOR)，從而產(chǎn)生電力，為生產(chǎn)設(shè)施、支持基礎(chǔ)設(shè)施和一些鉆井設(shè)備(如抽油機(jī)和泥漿泵)供電。

渦輪機(jī)壓縮相關(guān)天然氣并發(fā)電的燃燒過程，本身是由一個關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)的，稱為燃燒器插頭，該部件允許燃料與壓縮空氣混合。隨著使用，這些插頭會磨損，并且由于許多原始插頭已不再生產(chǎn)，因此，它們只能由仍然使用傳統(tǒng)制造工藝的當(dāng)?shù)貦C(jī)械零部件經(jīng)銷商替換。

這樣的過程是相當(dāng)費(fèi)力的。它涉及手動的前期設(shè)計(jì)階段，然后是整個供應(yīng)鏈的交接和數(shù)英里的運(yùn)輸，這一系列事件可能需要30周甚至更長時(shí)間。對于其它關(guān)鍵部件，例如節(jié)流閥，這個過程確實(shí)需要更長的時(shí)間，有時(shí)甚至一年。這樣的交貨時(shí)間需要大量的替換零件的實(shí)際庫存，這會帶來倉儲成本和倉儲稅。

△3D打印燃燒器插頭，塑料籠套方便用于差頭運(yùn)輸

控制崎嶇和偏遠(yuǎn)

因此，Mathur和De Bernardi組建了一個跨職能團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了一種高度依賴3D打印的解決方案。康菲石油公司現(xiàn)在能夠利用這項(xiàng)技術(shù)模擬各種零件的多種設(shè)計(jì)，并在制造之前找到最佳配置。

通過增材制造，康菲石油公司能夠在2-3周內(nèi)更換燃燒器插頭，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的30周。De Bernardi指出，“新的3D打印插頭的性能同樣好，甚至更好。傳統(tǒng)制造方法中的所有鑄造和鍛件都需要很長時(shí)間，而這個解決方案可以消除許多步驟和里程?！?br />

△傳統(tǒng)的籠式節(jié)流閥（左）和經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計(jì)的3D打印籠式節(jié)流閥（右）

在阿拉斯加的另一個3D打印案例中，跨職能團(tuán)隊(duì)將節(jié)流閥的生產(chǎn)時(shí)間從45周縮短到5周，有時(shí)甚至更少。新型閥門（用于注水井）的制造速度比傳統(tǒng)方法制造的閥門快10倍，使用壽命也更長?？捣剖凸镜募幽么髽I(yè)務(wù)部門使用相同的技術(shù)，將旋啟式止回閥的交貨時(shí)間從32周縮短到僅僅幾天。

展望未來，康菲石油公司將人工智能和3D打印的結(jié)合視為不斷提高效率的良方。隨著越來越多的零件采用數(shù)字化設(shè)計(jì)，存儲它們所需的物理空間將減少。De Bernardi說：“我們越來越希望通過在更靠近需要的地方來打印零件。隨著時(shí)間的推移，我們將用數(shù)字庫存取代部分實(shí)體庫存，這將提高效率，推進(jìn)ESG指標(biāo)。”該公司計(jì)劃在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。