Redéfinir la résilience : Innovation en matière de valves additives dans le secteur du pétrole et du gaz
L'industrie pétrolière et gazière s'appuie sur une infrastructure critique durable et fiable. Les composants de ce secteur doivent résister à des environnements très corrosifs et à des pressions extrêmes, mais les méthodes de fabrication traditionnelles sont souvent insuffisantes. Un grand fournisseur mondial de services de robinetterie a reconnu ce défi et a vu une opportunité de transformer ses opérations. En s'associant au cabinet de conseil Additive Minds d'EOS, il s'est lancé dans un projet visant à repenser la conception et la production d'un composant de vanne critique, en tirant parti de la puissance de la fabrication additiveFA de polymères pour créer une solution plus résiliente, plus rentable et plus agile.
L'objectif de cette collaboration n'était pas simplement de remplacer une pièce, mais de créer un nouveau paradigme pour la logistique des pièces détachées, la performance et l'efficacité de la chaîne d'approvisionnement. En passant d'un processus conventionnel, lent et coûteux à un flux de travail numérique à la demande basé sur la simulation, les partenaires ont voulu établir une nouvelle norme pour un secteur défini par ses exigences techniques rigoureuses.
Défi
Les composants en question étaient des clapets anti-retour utilisés dans un pipeline d'eau produite, un environnement qui expose fréquemment les pièces à de l'eau salée hautement corrosive et à d'autres produits chimiques. Pour cette application, les pièces fabriquées traditionnellement, à partir de matériaux coûteux et spécialisés comme l'acier super duplex, devaient être remplacées tous les six mois.
Ce rythme a créé une charge de maintenance importante. Le volume élevé de ces pièces en usage signifiait que les équipes devaient maintenir un inventaire massif en permanence pour éviter les temps d'arrêt opérationnels. À cela s'ajoutait un délai de livraison incroyablement long pour les pièces métalliques conventionnelles, dépassant souvent 52 semaines.
La combinaison d'une fréquence de remplacement élevée, de besoins massifs en stocks et d'une chaîne d'approvisionnement précaire a entraîné des coûts exorbitants.
En outre, la première itération d'une pièce en polymère FA, qui imitait la conception métallique originale, a connu une défaillance catastrophique lors d'essais de gaz à haute pression, explosant après avoir atteint une pression de 325 psi. Cet échec a mis en évidence la nécessité d'une approche de conception fondamentalement différente et plus sophistiquée, qui ne pouvait être réalisée qu'au moyen d'une simulation avancée et d'une expertise en matière de conception pour la fabrication additive.
Solution
L'équipe conjointe s'est lancée dans un processus de reconception fondé sur la simulation afin de remédier aux faiblesses fondamentales de la pièce initiale. La collaboration s'est concentrée sur une approche holistique, englobant la science des matériaux, une conception avancée et des essais rigoureux.
L'équipe a choisi EOS PA 2200 (Nylon 12) en raison de son profil de propriétés équilibré, qui se caractérise par la solidité, la rigidité et une excellente résistance chimique, ce qui le rend idéal pour l'environnement hautement corrosif. L'équipe a fabriqué les pièces sur des machines à haute productivité EOS P 396 à haute productivité, réputées pour leur fiabilité et leur précision.
Les consultants Additive Minds d'EOS ont guidé le processus de conception par l'optimisation de la topologie et l'analyse par éléments finis. Ils ont travaillé en tandem avec l'équipe d'ingénieurs du fournisseur de services de robinetterie afin d'analyser les concentrations de contraintes et d'itérer sur la conception. L'objectif était de trouver un "point idéal" qui réponde à toutes les exigences - charges, contraintes et limites - tout en réduisant le volume de la pièce afin d'améliorer la constructibilité, de réduire les coûts et d'accroître la résistance. La nouvelle conception a permis de réduire la contrainte maximale d'environ 58 MPa à moins de 27,5 MPa.
Une fois imprimées, les pièces ont été lissées par fusion à la vapeur par DyeMansion. Cette étape de post-traitement était essentielle pour s'assurer que les composants étaient parfaitement étanches et qu'ils pouvaient atteindre le niveau d'étanchéité à la bulle requis pour le cas d'utilisation prévu. Le flux de travail continu, de la conception et de la simulation à l'impression et au post-traitement, a prouvé que la FA pouvait produire des pièces qui non seulement atteignaient, mais dépassaient les performances de leurs prédécesseurs en métal conventionnel.
Résultats
Cette collaboration a eu un impact transformateur sur l'ensemble de la chaîne de valeur. Le résultat le plus immédiat et le plus significatif a été la réduction spectaculaire des délais d'exécution - de plus de 52 semaines pour la pièce super duplex d'origine à seulement une semaine pour le composant polymère FA. Ce changement monumental a rationalisé la chaîne d'approvisionnement tout en permettant un véritable programme numérique de pièces de rechange, éliminant ainsi la nécessité d'un vaste et coûteux inventaire physique.
Les composants redessinés ont démontré des performances exceptionnelles sous pression. Ils ont passé tous les tests hydrostatiques de la coque et du siège jusqu'à 450 psi et 325 psi, respectivement, avec des résultats irréprochables. Plus impressionnant encore, les nouvelles pièces ont atteint une "étanchéité à la bulle" lors d'essais à l'air de longue durée et à l'azote gazeux à haute pression, un exploit que la conception initiale n'avait pas pu réaliser. L'intégrité des pièces a également été validée lors d'un essai hydrostatique de 60 minutes à charge maximale, qui n'a montré aucun signe de fluage ou de déformation plastique.
L'ingénieur principal du fournisseur mondial de services de robinetterie a exprimé sa satisfaction en déclarant que les pièces "ont passé tous les tests de pression sans problème. Les résultats sont meilleurs que prévu. Il a poursuivi en soulignant la durabilité et les capacités d'étanchéité de la pièce FA : "En particulier, les résultats des deux derniers tests, l'un sur l'air et l'autre sur l'azote à haute pression, ont montré d'excellents résultats en ce qui concerne les performances d'étanchéité à la bulle."
Outre les gains de performance, le projet a permis d'alléger les composants de 15 % et de réduire le coût total de possession d'au moins 30 %. Les composants sont également conformes aux normes rigoureuses de l'industrie, notamment API 598 et API 6D. Ces réalisations démontrent que FA peut fournir une solution supérieure, plus résistante et plus économique pour les infrastructures critiques dans le secteur du pétrole et du gaz, et pour les fabricants en général.
"Je suis ravi de vous informer que les pièces ont passé tous les tests de pression sans problème. Les résultats sont encore meilleurs que prévu."
Ingénieur principal, fournisseur mondial de services de robinetterie
En savoir plus
Extraction d'éléments avec précision grâce à la technologie 4D Scavenger™ activée par EOS
Histoire d'une réussite | Weeefiner
Cette approche innovante de l'utilisation des matériaux permet non seulement de maximiser l'efficacité des ressources, mais aussi de contribuer à une réduction notable de l'impact sur l'environnement, car la consommation de matériaux est le principal facteur de pollution.
Dissipateurs thermiques sans fuite, refroidis par liquide
Histoire d'une réussite | CoolestDC
En collaboration avec l'équipe Additive Minds d'EOS, CoolestDC a mis au point une conception FA afin d'optimiser davantage les performances du produit et de réduire les coûts de fabrication de plus de 50 %.
Drones en essaim imprimés en 3D
Étude de cas - Festo
Le drone BionicBee est petit, ultra-léger et peut voler automatiquement en essaim. Grâce à la technologie FDR, le poids du cadre a été réduit de 75 % pour atteindre seulement 3 grammes.
