为什么电弧增材是石油天然气领域的热门话题

来源： 格智大讲堂

谈到石油天然气，“波动”是绕不开的词。地缘政治冲突导致的石油天然气供应博弈，碳中和背景下的能源结构变化，都对原油价格产生着深远影响，动辄两位数的上涨下跌，常规市场分析已经很难解释如此动荡的价格表现了。

加之目前对于世界经济的前景分析争议颇大，对于世界经济衰退与否的判断影响着国际石油供求关系变化。石油天然气运营商们在努力平衡生产与需求的同时，也在着眼未来，寻求更经济、更安全、更清洁的能源解决方案。

对于许多运营商来说，一直以来，资产老化、备件库存积压、维护成本高昂都是很大的管理挑战。全球能源研究分析师Wood Mackenziei对北美主要液化天然气设施的计划维护停机时间进行了分析，结果显示，仅在科珀斯克里斯蒂的设施，预计2023年所有三套液化机组停机维护的损失约相当于120亿至160亿立方英尺的原料气。而计划外的维护成本可能会更高。

因此，成本管理在公司战略中的重要性日趋凸显，各大公司纷纷加入提高生产力和降低营运成本的角逐。“构建更加灵活的供应链并制定更加灵活的采购策略”，成为了成本管理的主要任务。

这就很容易解释，为什么电弧增材制造越来越受到石油天然气运营商们的欢迎。使用电弧增材技术生产零部件或者修复现有零部件，从技术和成本方面均满足了他们对于提高生产效率降低生产成本的需求，尤其是在修复方面，他们希望电弧增材制造技术从成本效益的角度最大限度地减少损失。

技术方面：
尺寸：电弧增材成形环境开放，对成形尺寸无限制，可以满足中大型零部件的生产，如法兰、阀体、环形接口、机械密封件等。
材料：电弧增材可以使用多种材料，包括钛、铝、难熔金属、不锈钢、铜、镁、镍基高温合金等。
质量：电弧增材可以组合多种材料生产梯度功能零部件，提高零部件质量。目前也在持续开发可实现精准形貌控制、提高最终产品质量的过程工艺，如WAAM3D的CWGMA（冷丝电弧增材）工艺等。

成本方面：
优化：电弧增材简化了供应链，取代了传统长周期的交付流程，如铸造和锻造，大幅度提高生产效率，可将大型锻件的生产时间从一年多缩短至几周。
节约：电弧增材与传统制造方式相比，减少了原材料、能源和工具的消耗，可节省约70%的成本，BTF比率降低至＜2。
增值：电弧增材具备的数字化管理属性为有挑战性的项目提供了更好的过程管理，并克服了最小起订量的问题，有助于减少备件库存并提高旧组件的维修可用性。

越来越多的行业内公司开始尝试使用电弧增材技术生产更具有经济效益的零部件，甚至解决传统制造方式难以实现的制造难题。本文列举了几个典型案例，让我们一起看看电弧增材技术在石油天然气领域的具体应用。

中国石油集团应用
在上个月的“第一届国际定向能量沉积增材制造前沿技术及应用高峰论坛”上，中国石油集团石油管工程技术研究院教授级高工胡美娟博士分享了中国石油集团石油管工程技术研究院的电弧增材技术应用，目前已成功用于制造低温厚壁大口径三通管件、油气管道全尺寸弯曲试验用法兰盘、钻井大钩钩体、液压吊卡等。

△低温厚壁大口径三通管件

△油气管道全尺寸弯曲试验用法兰盘

△钻井大钩钩体

△液压吊卡

壳牌：首个泄漏修复夹具
2023年9月，国际船级社DNV向壳牌和Bonney Forge联合3D打印的闸阀颁发了 CE 认证。闸阀的具体信息将会在今年10月底举行的ASTM 国际先进制造会议(ICAM)上公布。

2022年11月，壳牌宣称已经成功安装首个电弧增材制造的泄漏修复夹具，修复受缺陷或腐蚀影响的管道，恢复运行管道的完整性，确保石油和天然气的连续供应。

AML3D：世界上最大的石油天然气管道组件
2021年11月，澳大利亚增材制造公司AML3D使用电弧增材技术为埃克森美孚生产了当时最大的金属石油和天然气高压管道组件。管道组件重940kg，长8m，这也是世界上第一次对这种类型的管道部件采用电弧增材技术生产并进行独立的压力测试。

MX3D：管道夹
2021年底，荷兰增材制造公司MX3D为石油和天然气行业开发了一款 3D 打印管道夹具。该零件由 MX3D、Team Industries 和 TiaT合作制造和测试。采用了混合制造方法，结合MX3D 的电弧增材制造工艺。3D打印的管道夹具已经过测试和认证，具有高水平的安全性。

瓦卢瑞克和道达尔：水套管
2021 年 5 月，法国合作伙伴瓦卢瑞克和道达尔首次宣布在北海成功安装 3D 打印水套管。水套管是石油和天然气钻探行业中使用的一种组件，用于在施工过程中阻止油井中的碳氢化合物涌出。因此，这是确保现场员工安全的关键部件。这两家法国集团依靠增材制造，特别是电弧增材制造工艺，设计了一个1.2米高的部件，重220kg，重量减轻了50%。

尽管现在看来，石油天然气行业在未来几年将继续处于“波动”状态，但随着电弧增材等先进技术的加入，石油天然气运营商们对于中大型组件的成本控制水平将持续提升。对运营商们而言，采取积极的成本管理措施、构筑灵活供应链以及把握技术发展机遇，是未来赢得增长先机的关键所在，希望电弧增材制造技术能更快地开发出更广泛的应用场景，全面发挥其在石油天然气领域的应有作用。