Shell ha installato con successo il primo morsetto per la riparazione delle perdite stampato in 3D in servizio. I morsetti, noti anche come involucri meccanici per la riparazione delle perdite, sono soluzioni ingegnerizzate che vengono utilizzate per incapsulare e ripristinare l’integrità delle tubazioni operative contro i difetti delle tubazioni o l’assottigliamento delle pareti derivanti dai meccanismi di erosione e corrosione.
Morsetto prodotto utilizzando Wire Arc Additive Manufacturing, come saldatura e prima della post-elaborazione.
Al momento, un semplice morsetto può essere prodotto entro 3-5 giorni, ma i morsetti complessi possono richiedere 4 settimane o più, se si tiene conto dei tempi di consegna di produttori limitati specializzati in custodie a pressione. La capacità di applicare tali riparazioni temporanee è fondamentale per consentire alle strutture di rimanere in funzione. La disponibilità di attrezzature essenziali può essere massimizzata, riducendo così la perdita di produzione e le emissioni ambientali. I difetti possono verificarsi in luoghi diversi data la complessità dei sistemi di tubazioni, spesso determinando la necessità di soluzioni dedicate e personalizzate. La velocità di risposta per ripristinare l’integrità meccanica e il funzionamento continuo e sicuro dell’asset è fondamentale.
Esempio di morsetti complessi
Esempio di morsetti complessi
La stampa 3D è una tecnologia di produzione additiva in cui il materiale viene costruito attraverso un processo di deposizione strato per strato. Si afferma che questa tecnica abbia un vantaggio rispetto ad altre tecniche di produzione convenzionali come la fusione o la forgiatura grazie alla sua capacità di produrre parti con geometrie complesse. La stampa 3D offre la possibilità di produrre la forma quasi netta del componente desiderato, limitando la necessità di un elevato spreco di materiale durante il processo di lavorazione tipico delle attuali pratiche di produzione.
Infine, la stampa 3D è trasferibile tra i progetti di prodotto, poiché il processo di produzione richiede solo l’uso della progettazione assistita da computer del prodotto e la programmazione del robot di costruzione (deposizione). Nel caso di tecniche convenzionali per articoli di grandi dimensioni, la preparazione di attrezzature su misura come stampi e matrici comporta normalmente tempi e costi maggiori.
Per il suo merito, la tecnologia di stampa 3D è stata scelta per la fabbricazione di morsetti selezionati da utilizzare nelle nostre operazioni. Una prova di concetto (POC) è stata eseguita in collaborazione da Shell, TEAM, Inc. e Vallourec. Insieme, il team ha stabilito una specifica tecnica e un piano di test di ispezione per il primo morsetto con un’applicazione industriale da produrre completamente con una tecnica Wire Arc Additive Manufactured (WAAM). L’obiettivo era verificare la fattibilità dell’utilizzo di una tecnica WAAM per produrre fascette per la riparazione delle perdite che soddisfino la garanzia di qualità richiesta per i sistemi a vapore a media pressione. La prova del concetto ha aiutato a raccogliere informazioni sui passaggi necessari per migliorare la qualità e la produttività per le applicazioni future.
Disegno di un morsetto stampato in 3D
Cosa abbiamo imparato?
Il morsetto stampato in 3D ha superato con successo il test di scoppio condotto a 142,4 bar (oltre 5 volte la pressione di progetto prevista). Questo soddisfa il livello appropriato di prontezza tecnica all’interno di Shell per qualificare la parte per un’applicazione sul campo.
In questo caso, il tempo di consegna complessivo è stato più lungo rispetto a un morsetto fabbricato in modo convenzionale in quanto si trattava del primo prodotto. Questo perché rientra nella categoria di criticità più alta secondo lo standard DNV B203 per la produzione additiva di parti metalliche*. Sono stati prodotti tre set di morsetti per test approfonditi, anche se alla fine è stato installato solo un set. Poiché si trattava del primo progetto dimostrativo nel suo genere, il team si è concentrato maggiormente sulla progettazione del morsetto per una percentuale di successo del 100% nell’ispezione piuttosto che sull’ottimizzazione del design. Questo aumento dei tempi di consegna e dei costi è stata una scelta progettuale per il POC.
Il progetto prevedeva la spedizione delle parti per la stampa e il test in diverse località e paesi, il che ha contribuito all’aumento dei tempi e dei costi. Questo parla a favore della nostra visione di ecosistemi integrati di produzione additiva nelle vicinanze delle operazioni.
Le diverse fasi coinvolte nel processo di approvvigionamento, nonché la garanzia della qualità e il controllo della qualità rappresentano oltre il 50% del tempo richiesto per il POC.
Cosa verrà dopo?
La fase successiva si concentrerà sull’assicurare la qualità e la coerenza del prodotto, nonché sulla riduzione dei tempi di consegna e dei costi per la produzione additiva di morsetti selezionati, semplificando il processo di qualificazione e riducendo la necessità di parti duplicabili. Si prevede che i progetti futuri consentiranno quanto segue:
la formazione di un database con tutti i risultati delle ispezioni e dei test di qualificazione che riflettono la varianza di qualità nelle parti WAAM. L’analisi di questi dati può aiutare a ridurre la classificazione di criticità dei pezzi di ricambio stampati in 3D o il numero di test non distruttivi richiesti prima di utilizzare i pezzi in produzione.
lo sviluppo di requisiti di qualificazione specifici dell’applicazione, consentendo di qualificare parti più complesse sulla base di case history e casi d’uso in servizio di successo di parti più semplici; e
la creazione di una libreria di configurazioni qualificate per ridurre gli sforzi di qualificazione di prodotti uguali o simili in futuro.
La collaborazione è fondamentale per ridurre tempi e costi
Le attività per creare ampi set di dati sui pezzi di ricambio per la stampa 3D richiedono molte risorse. Raggiungiamo una maggiore conoscenza più velocemente collaborando con utenti finali interessati che hanno esigenze simili. La standardizzazione dei processi della tecnologia WAAM, in particolare nel controllo qualità, è fondamentale per migliorare i tempi di consegna e ridurre i costi. Shell ritiene che un grande salto per l’adozione della tecnologia di stampa 3D nel settore energetico possa derivare da una tale standardizzazione in tutto il settore.
* Il progetto è iniziato prima della pubblicazione dello standard API20s dell’American Petroleum Institute.
