油气行业中增材制造的规模化应用：从原型制作到数字供应链

2026年4月7日 | 阅读时间：5分钟

提到石油和天然气行业，人们脑海中往往浮现出庞大的钢结构、笨重的铸件以及已运行数十年的老旧设备。在埃克森美孚的巴吞鲁日炼油厂，有些压缩机自1938年以来便一直在运转。然而，在这些传统运营的表象之下，一场数字革命正在悄然兴起。 巴吞鲁日炼油厂的专用机械执行主管兼增材制造 AM）负责人克里斯托弗·比森（Christopher Beeson）正站在这场变革的最前沿。拥有30多年从业经验的比森，从手工焊接起步，深谙金属的物理特性。如今，他致力于推动一个未来——届时备件主要以云端数字文件的形式存在。

埃克森美孚正逐步走出 3D 打印。该公司正从集中式的企业研发实验室转向一种分布式、由现场主导的模式，各炼油厂将“亲力亲为”。这一演变标志着该行业的一个重要转折点，证明增材制造（AM）现已成为维护全球能源基础设施的关键工具。

从企业实验室到现场执行的战略转型

埃克森美孚的增材制造之旅始于位于得克萨斯州休斯顿和新泽西州克林顿的中央增材制造实验室。这些设施主要专注于非金属材料和早期原型制作。虽然这些实验室奠定了必要的基础，但增材制造的真正价值在于实际应用。2021年出台的API 20S标准成为了推动变革的主要催化剂。该标准为油气行业增材制造 部件提供了首个重要框架。

随着API 20S确立了认证路径，埃克森美孚意识到，激光粉末床熔融（LPBF）技术在密度和可靠性方面已超越传统铸造工艺。该技术已达到足够成熟的水平，使公司总部能够将决策权下放至各生产基地。“推动增材制造规模化是我的职责，”比森表示，并指出工作重心已转向北美和新加坡基地，因为这些地区对即时交付的高质量零部件的需求最为迫切。

通过数字化供应网络消除库存税

推动增材制造（AM）规模化发展的关键经济动力在于降低“库存税”。石油和天然气巨头每年要花费数十亿美元来储存可能永远用不上的实体零部件。一项关于泵叶轮的内部研究显示，由于工程师重新评估了泵的规格或更换了整个系统，40%的库存部件最终被报废或从未投入使用。通过转向数字化供应网络，埃克森美孚可以省去对大型实体仓库的需求。

为实现这一目标，埃克森美孚通过一个名为“Field Node”的行业级“数字云”平台，与壳牌和康菲石油等竞争对手展开合作。在此环境下，各公司共享非专有3D 。如果某款通用泵蜗壳发生故障，工程师可查阅云端数据，查看是否有其他公司已对该部件进行扫描并确认其合格。这种协作使埃克森美孚能够跳过昂贵的逆向工程阶段，直接进入生产环节。 由奥里康（Oerlikon）和昆图斯（Quintus）等经过审核的打印服务商组成的可信网络，随时准备按需打印这些零件。

成熟技术与新兴前沿

尽管LPBF仍是制造叶轮等复杂、致密部件的成熟标准，但其他技术正在迅速崛起。电弧增材制造 WAAM）和定向能量沉积（DED）已成为该行业日益重要的发展领域。这些方法非常适合替代那些通常高达4至5英尺的大型传统铸铁部件。

传统上，采购大型铸件可能需要12到14个月。借助工业级打印，炼油厂只需几周时间就能生产出可投入使用的替换件。埃克森美孚还在不断突破材料技术的界限。通过与山特维克等合作伙伴的合作，该公司开发出了专为炼油厂严苛环境（如热解炉）设计的专有粉末材料。

比森认为，LPBF技术在铸造工艺中具有“绝对优势”，并指出该行业之所以仍固守传统方法，更多是因为习惯使然，而非出于性能考量。

通过本地合作解决劳动力短缺问题

增材制造技术的推广需要一支技术娴熟的队伍，但传统工厂中的大多数机械工程师在增材设计方面经验尚浅。此外，该行业目前尚缺乏3D 正式“工会工种”。为弥合这一差距，埃克森美孚协助牵头成立了路易斯增材制造 （LAMA）。该合作旨在巴吞鲁日建立一个卓越中心（COE）。

该卓越中心（COE）是该地区的一项“三合一”工具。它不仅为埃克森美孚的工程师提供实践培训，还使该基地能够使用工业级打印机，并推动经济发展。来自路易斯安那州立大学（LSU）等当地高校的学生可以获得EOS和Velo3D等各类打印机品牌的认证。这使他们能够立即在不断发展的制造业领域获得就业机会。

此次合作在经济层面也极具吸引力。LAMA的高级会员资格可提供5,000小时的免费打印时长，这使得原价16,000美元的叶轮成本仅需支付粉末费用即可。

突破数字化准备度的瓶颈

尽管取得了进展，但显著的“工作流程缺口”仍是全面推广的主要瓶颈。要将3D 转换为可直接打印的文件，必须解决数十个涉及表面处理、测试规程和后处理的技术问题。为解决这一问题，国际石油和天然气生产商协会（IOGP）发起了“联合行业冲刺计划”（JIS O2）。

该计划利用“数字化就绪等级”（DRL）为零部件创建“数字护照”。DRL 1级零部件包含基础扫描数据和材料测试结果，而DRL 3级零部件则是一个完整的数字包，其中包含检测方案和表面粗糙度规格。

最终目标是建立一个“一键式”询价（RFQ）系统。当数字包准备就绪后，项目负责人只需点击一个按钮，即可将技术规格发送给合格的供应商，从而省去数周的行政往来沟通。