| dc.description.abstract | For energisektoren er produksjons- og leveringstid avgjørende faktorer ved installasjon av offshore-utstyr. En rapport fra Siemens viser at nedetid i 2022 kostet rundt 4,2 millioner NOK per time [1]. En forsinket ventil, som for eksempel skal ut til en plattformstans, kan derfor koste selskapet dyrt. I slike tilfeller kan additiv tilvirkning (AT), også kjent som 3D-printing, være løsningen for å redusere nedetid. Ifølge en ventilekspert i Vår Energi er det ikke uvanlig at leveringstid for ventildeler i visse materialer kan være opptil ni måneder. Ved 3D-printing kan produksjonstid i samme materiale estimeres til en uke.
Andre kostnadsbesparelser ved 3D-printing er reduksjon av delelager. Equinor har reservedeler verdt 27 milliarder NOK lagret, de mener at kun en femtedel vil bli brukt [2]. Ved å innføre 3D-printede deler, kan man produsere reservedeler ved behov og ikke om behov, slik at delelager kan endres fra fysisk til digitalt. Produksjon kan da flyttes lokalt, som sparer både tid og kost knyttet til frakt. Alle disse endringene gir i tillegg store miljøgevinster.
Oppgaven tok utgangspunkt i at en 3D-printet del skulle erstatte ødelagt del i ventil, frem til ny ventil ankom riggen, for å redusere nedetid. Videre ble det vurdert av ventilekspert i Vår Energi at man kunne beholde 3D-printet del ut levetiden til ventilen, så lenge delen viste til godkjent materialkrav. Etter evaluering av kritiske deler i ventil ble oppgaven spisset ned til aksling i kuleventil. Typiske feil med aksling er lekkasje via pakkboks/lager eller kaldsveising, slik at ventilen ikke kan manøvreres. Akslingen som denne oppgaven er bygget opp på, stammer fra en brukt kuleventil uten tilhørende dokumentasjon.
I denne oppgaven ble det valgt pulver via laser, PBF-LB (Powder Bed Fusion Laser Beam) også kjent som SLS (Selektive Laser Smelting). SLS bygger delen opp lag for lag via laserstråle i ett kar som senkes, helt til delen er ferdig produsert [3].
Akslingen ble antatt å være 316 SS, men ved hjelp av en PMI-test ble det konkludert med at den var Duplex 22Cr. I og med AM North var valgt ut for å 3D-printe delen, kunne man velge mellom 316 SS eller Inconel 625. Valget ble Inconel 625 for ventilakslingen, da det minnet mest om Duplex. En 3D-modell av akslingen ble laget og sendt til 3D-printing. Etter produksjon ble delen etterbehandlet for å oppnå korrekt toleranse. I tillegg til akslingen ble det også 3D-printet eksemplarer for materialtesting, hvorav 3 knekkstaver og 5 strekkstaver.
Resultatet viste at knekktesten ga et gjennomsnitt på 151,56 J. Når det gjaldt strekktesten, måtte stavdesignet tilpasses testbenk, om denne endringen påvirker resultatet er uvisst. Resultatet på strekktesten viste 791 MPa. NORSOK MDS N1A, Inconel 625, PBF viser til min 690 MPa. Materialet ser derfor ut til å overgå kravene i relevant MDS. Resultatet fra strekktesten viser 100 MPa over kravet i MDS, men i og med at testen er enkeltstående er det nødvendig med mer testing for en endelig konklusjon, da med et annet design på strekkstaven.
Oppgaven har vist at additiv tilvirkning som produksjonsmetode sparer betydelige kostnader da nedetid kan reduseres fra måneder til uker, videre viser teknologien miljøgevinster som reduksjon av fysisk delelager og lokal produksjon. | |
| dc.description.abstract | For the energy sector, production and delivery time are crucial factors when installing offshore equipment. A report from Siemens shows that downtime in 2022 cost around NOK 4.2 million per hour [1]. A delayed valve, for example, intended for a platform shutdown, can therefore be very costly for the company. In such cases, additive manufacturing (AM), also known as 3D printing, can be the solution to reduce downtime. According to a valve expert at Vår Energi, it is not uncommon for delivery times for valve parts in certain materials to be up to nine months. With 3D printing, production time in the same material can be estimated to a week.
Other cost savings with 3D printing include the reduction of spare parts storage. Equinor has spare parts worth NOK 27 billion stored, and they believe that only one-fifth will be used [2]. By introducing 3D-printed parts, spare parts can be produced as needed rather than if needed, allowing the inventory to change from physical to digital. Production can then be moved locally, saving both time and costs associated with shipping. All these changes also provide significant environmental benefits.
The task was based on a 3D-printed part replacing a broken part in a valve until a new valve arrived on the rig, to reduce downtime. Furthermore, it was assessed by a valve expert at Vår Energi that the 3D-printed part could be kept for the lifetime of the valve if the part met approved material requirements. After evaluating critical parts in the valve, the task was narrowed down to the stem in a ball valve. Typical faults with the stem are leakage via the packing box/bearing or cold welding, preventing the valve from being maneuvered. The stem on which this task is based comes from a used ball valve without documentation.
In this task, powder via laser, PBF-LB (Powder Bed Fusion Laser Beam), also known as SLM (Selective Laser Melting), was chosen. SLM builds the part layer by layer via a laser beam in a chamber that is lowered until the part is fully produced [3].
The stem was assumed to be 316, but with the help of a PMI test, it was concluded to be Duplex 22Cr. Since AM North was chosen to 3D print the part, one could choose between 316 or Inconel 625. The choice was Inconel 625 for the valve stem, as it most resembled Duplex. A 3D model of the stem was created and sent for 3D printing. After production, the part was post-processed to achieve the correct tolerance. In addition to the stem, specimens for material testing were also 3D printed, including 3 Charpy and 5 tensile.
The result showed that the Charpy gave an average of 151.56 J. Regarding the tensile test, the specimen design had to be adapted to the test bench, and whether this change affects the result is unknown. The tensile test result showed 791 MPa. NORSOK MDS N1A, Inconel 625, PBF indicates a minimum of 690 MPa. The material therefore appears to exceed the requirements in the relevant MDS. The result from the tensile test shows 100 MPa above the requirement in the MDS, but since the test is a single instance, more testing is necessary for a conclusion, with a different design of the tensile specimen.
The task has shown that additive manufacturing as a production method saves significant costs as downtime can be reduced from months to weeks. Furthermore, the technology shows environmental benefits such as the reduction of physical spare parts inventory and local production. | |