Vantaggi e applicazioni della stampa 3D nell’industria petrolifera e del gas

Una delle maggiori aree di potenziale non sfruttato per la produzione additiva è l’industria petrolifera e del gas. Relativamente lento nell’adozione di tecnologie additive, il settore petrolifero e del gas è in ritardo rispetto a settori come quello automobilistico e aerospaziale nel trovare casi d’uso applicabili per l’AM.

Tuttavia, con l’industria che si trova ad affrontare gravi sfide, dalla volatilità del prezzo del petrolio al passaggio a fonti energetiche alternative, la necessità di ridurre i costi operativi sta diventando sempre più pertinente per le parti interessate del settore.

Dallo sviluppo del prodotto alla manutenzione delle apparecchiature e altro ancora, abbiamo identificato quattro opportunità chiave in cui il settore può trarre il massimo vantaggio dalla tecnologia di stampa 3D.

Sviluppo più rapido del prodotto e flessibilità di progettazione

Uno dei principali vantaggi della stampa 3D è la sua capacità di accelerare il processo di sviluppo del prodotto. Utilizzando la produzione additiva, i progettisti e gli ingegneri di prodotto possono visualizzare, sviluppare e convalidare i loro progetti in modo rapido ed economico.

Questo vantaggio può essere sfruttato dall’industria petrolifera e del gas per reagire meglio alle opportunità dei mercati emergenti e valutare eventuali rischi o guasti potenziali in fase di progettazione, prima della produzione.

I precedenti in questo settore sono già stati stabiliti: le multinazionali hanno utilizzato la stampa 3D  per prototipare con successo una boa per una stazione di trivellazione di petrolio e gas.

Utilizzando la stampa 3D per produrre il prototipo in miniatura, gli ingegneri sono stati in grado di produrre versioni in plastica del prototipo nello spazio di quattro settimane, a differenza dei mesi necessari con la produzione convenzionale.

Gli ingegneri sono stati anche in grado di valutare come migliorare i componenti e stabilire la sequenza di assemblaggio più efficiente prima di costruire la boa reale.

Un altro esempio: si è prodotto un bruciatore stampato in 3D per una turbina a gas industriale. Grazie al processo di produzione additiva, il bruciatore potrebbe essere prodotto in un unico pezzo invece di essere prodotto in 13 separati da saldare insieme.

Questo miglioramento nella progettazione contribuirà a prolungare la durata operativa del componente e, in ultima analisi, della turbina a gas. Allo stesso modo, si è sviluppato un bruciatore per la una turbina a gas utilizzando la produzione additiva per ridurre del 50% la fase di sviluppo e convalida.

La stampa 3D richiederà alle compagnie petrolifere e del gas di ripensare gli approcci tradizionali alla progettazione, con l’ulteriore vantaggio di produrre componenti complessi con prestazioni migliorate.

Tuttavia, i vantaggi di un tale cambiamento sono enormi: da cicli di sviluppo del prodotto più brevi a un maggiore risparmio di materiale.

Produzione economica a basso volume

Sebbene l’industria petrolifera e del gas è stata lenta ad abbracciare la stampa 3D per la produzione, la tecnologia è molto promettente per il settore. A causa degli elevati costi degli utensili e della necessità di tempi di consegna più lunghi, la produzione tradizionale è in genere inadatta per la produzione di piccoli volumi. La produzione additiva può aiutare a ridurre significativamente i tempi di consegna (ad esempio, consegnando le parti in pochi giorni anziché settimane), abbassando al contempo i costi di produzione.

Ad esempio, la produzione additiva può essere utilizzata per produrre piccole quantità di parti complesse e appositamente progettate, facendo un uso efficiente dei materiali. Si ritiene che la stampa 3D possa rivoluzionare la produzione di numerosi componenti, tra cui pompe, turbomacchine, valvole e ugelli di turbine a gas di alto valore.

Riparazione più rapida di componenti di alto valore

I tempi di inattività programmati o non pianificati dovuti alla manutenzione delle apparecchiature possono essere costosi, soprattutto nelle piattaforme remote o offshore. Anche in questo caso, la stampa 3D può fare la differenza.

Alcune tecnologie additive, come la deposizione diretta di energia,  possono essere utilizzate non solo per produrre componenti complessi e su misura, ma anche per riparare o rigenerare in modo efficiente apparecchiature usurate. L’applicazione della tecnologia a componenti obsoleti o danneggiati come alberi, valvole e pompe, può aumentarne la durata e le prestazioni, riducendo così i costi complessivi di gestione e manutenzione.

Semplificare le catene di approvvigionamento complesse

La produzione additiva potrebbe avere un impatto positivo sulla gestione della catena di approvvigionamento all’interno dell’industria petrolifera e del gas. Uno dei principali vantaggi è il passaggio agli inventari digitali e alla produzione on-demand di pezzi di ricambio.

Nelle regioni remote e offshore, dove la fornitura di parti di ricambio è limitata o dove è probabile che problemi logistici causino ritardi, la capacità di produrre parti nel momento del bisogno potrebbe contribuire a ridurre significativamente i tempi e le spese associati all’approvvigionamento di parti di ricambio o di ricambio.

Inoltre, gli operatori del settore petrolifero e del gas attualmente mantengono grandi scorte di pezzi di ricambio per ridurre al minimo i tempi di fermo non programmati in caso di guasto dei componenti.

Con la produzione additiva, molti pezzi di ricambio, ad esempio per le apparecchiature legacy, possono essere decodificati per creare un inventario digitale per la produzione on-demand, riducendo così le scorte di magazzino e i costi di stoccaggio.

A lungo termine, la produzione on-demand e l’archiviazione digitale dei file potrebbero trasformare la catena di approvvigionamento e la rete di distribuzione all’interno del settore.

Le principali sfide per una più ampia adozione della stampa 3D nell’industria petrolifera e del gas

Ad oggi, l’adozione della stampa 3D nell’industria petrolifera e del gas è stata limitata. In un settore tipicamente avverso al rischio, attualmente manca l’infrastruttura di produzione per integrare completamente la produzione additiva nel processo di produzione e catena di approvvigionamento.

Un’altra sfida riguarda la certificazione e la qualificazione delle parti. Garantire un processo di produzione ripetibile e affidabile è fondamentale per un settore strettamente regolamentato e le parti stampate in 3D devono soddisfare rigorosi standard di qualità.

Per questo motivo, è fondamentale che le aziende prendano in considerazione modi per garantire la ripetibilità della produzione per migliorare la fiducia nelle parti stampate in 3D e semplificare il percorso verso la certificazione. Ciò deve includere un solido quadro normativo,  una pianificazione digitale della produzione e un’automazione e una connettività avanzate.

Per migliorare la qualificazione della produzione additiva nei settori petrolifero e del gas e marittimo, diversi progetti di innovazione congiunti (JIP) hanno riunito 20 partner provenienti da tutti i settori. Conclusi nel 2020, i JIP hanno compiuto progressi significativi nello sviluppo di linee guida per la qualificazione e di un modello economico per l’AM nell’industria petrolifera e del gas.

In particolare, quest’ultimo può essere impegnativo per le compagnie petrolifere e del gas. Il problema chiave nello sviluppo di un modello economico per l’adozione della produzione additiva risiede nell’identificare i casi d’uso adatti per la stampa 3D.

In altri settori, i produttori hanno generalmente scelto di stampare parti altamente complesse necessarie in piccoli lotti. Tuttavia, questo approccio potrebbe non essere sempre adatto all’industria petrolifera e del gas, a causa della complessità della sua catena di approvvigionamento. Ecco perché è essenziale che l’industria sviluppi il proprio framework di stampa 3D per identificare i casi e le tecnologie adatte. Saranno necessari early adopter per aprire la strada a questo percorso, come è avvenuto nell’industria aerospaziale e automobilistica.

Superare le sfide della stampa 3D nell’industria petrolifera e del gas

Tuttavia, come dimostrato da industrie del calibro dell’industria aerospaziale e automobilistica, i vantaggi della produzione additiva superano di gran lunga la sfida di sviluppare un approccio strategico alla tecnologia. Mentre l’industria petrolifera e del gas cerca di migliorare l’efficienza operativa, le tecnologie dirompenti come la produzione additiva saranno sempre più al centro dell’attenzione.  

L’industria dovrà concentrare i propri sforzi di trasformazione su tre approcci chiave:

• sviluppare un proprio “quadro specifico per la produzione additiva” per gestire la diversità delle tecnologie additive e identificare i casi d’uso appropriati;
• Cercare di sviluppare partnership e collaborazioni con aziende specializzate per risolvere problemi tecnologici;
• Gli investimenti in impianti di produzione additiva e centri di ricerca contribuiranno a costruire l’infrastruttura necessaria per garantire l’adozione a lungo termine della tecnologia.

Nel complesso, la produzione additiva potrebbe consentire alle aziende del settore petrolifero e del gas di semplificare i processi operativi, ottenere significativi risparmi sui costi e creare nuovi modi più efficienti per sviluppare, produrre e mantenere le apparecchiature.

La stampa 3D potrebbe diventare una tecnologia comune nelle strutture offshore o negli hub regionali che innovano le operazioni della catena di approvvigionamento. Nel prossimo decennio, man mano che le applicazioni vengono identificate e si presentano nuove opportunità con i materiali e le tecnologie di stampa 3D, l’industria petrolifera e del gas è destinata ad aprirsi ai vantaggi della stampa 3D e a capitalizzarli.