英国IMI集团和Ricardo环境咨询事务所进行了一项合作研究，目的是调查清楚哪种阀门制造工艺的环境影响最小。
作者：Bertrand Maillon，英国IMI集团
增材制造技术通常被认为比减材制造更具有可持续性，但其实鲜有证据支持这样的观点。
但那是以前。英国IMI集团Retrofit3D事业部与Ricardo环境咨询事务所合作进行了一项具有标杆意义的全寿命周期评估，负责人Bertrand Maillon将通过本文分享其中的发现和成果。
阀门的固有属性就是功能性设备，因此在分析牵涉到全局的大事时，例如气候变化，它们容易被忽视。其实有充分的理由将阀门和气候变化联系起来，并加以重视。重工业——例如炼油和化工——正面临着对全价值链进行减碳的压力。通过相关研究发现，目前大部分压力都是直接来自于消费者。1 阀门的功能正常与否，对工厂的绩效同样会有较大影响。作为密封元件、密封元件原料制造商的代表，非营利性商务机构欧洲密封协会表示，控制阀产生的排放，大约占了工厂排放总量的60%。就炼油厂而言，这一数据高达70%，尽管这些配件和设备仅占工厂中全部在役资产的1%。2 上述数据足以促使任何一家工厂采取措施减排，而这也许就是大家越来越关注逸散泄漏问题的部分原因。然而，事情并非到此为止；还有其它一些隐性问题也在严重影响着重工业的可持续发展。
更换阀门
每座工厂，无论生产的是什么产品，都需要定期维护、升级控制阀，或在特定条件下更换控制阀。这样的例行操作也会导致企业面临更高的“碳税”。随着制造工艺的进步，现在可以大幅压低生产过程中的碳排放，甚至仅需相对较小的改变，就能实现可观的碳减排。
正是以上述事实作为理论依据，促使Ricardo环境咨询事务所代表英国IMI集团进行了一项全寿命周期评估。评估的结果不仅对于IMI集团而言是重要的信息，对阀门行业和希望降低碳排放的其它行业而言，都很有参考价值。
为何详细分析阀门的维护需求？
在工业流体控制场景中，阀门可能因各种不利因素而导致性能退化或损坏。空泡（气穴）现象就是最常见的不利因素之一，它往往在流速控制不当的情况下发生。
空泡现象对控制阀具有破坏性，它可能导致控制失灵，或是需要频繁更换零配件。它会产生剧烈的噪音，导致金属部件被冲蚀和压力瞬变，进而导致阀门和（或）管道振动，甚至有疲劳损坏的潜在风险。
一旦出现上述现象，只能修理或更换相关阀门部件或整个阀门。修理工作通常包括安装一套新的阀碟。只有在阀体已经损坏，或者工艺条件改变的情况下，才有必要整体更换阀门。即使按照同等标准更换掉重要的阀芯部件，也不能保证阀门能长期正常使用。如果不从一开始就控制好最高流速，或如果原先的阀芯设计已经不不适合当前的工艺要求，那么阀门的性能就更没有保障了。
阀碟套件通常是零配件储备计划指定储备的物项，以便工厂在最短的停车检修期内完成更换。如果不进行合理的流速控制，或者当控制阀已经陈旧或设计过时，这些配件就需要更加频繁地更换。长期使用后，阀门都会自然磨损，因此妥善的维护计划就显得尤其重要。IMI集团长期服务于全球各地的客户，为他们更换出现问题的阀门。无论为此项工作投入的资源是多是少，都对环境具有重要的影响，而且需要谨慎考量具体的维护措施，确保IMI和客户不仅都符合气候保护法规的要求，而且都始终遵守各自的气候保护承诺。
全寿命周期评估包括哪些内容？
Ricardo环境咨询事务所进行的此项全寿命周期评估，是针对某台IMI制造的阀门，其阀碟因损坏而更换。调查工作覆盖了一台大型阀门（8英寸）和一台小型阀门（3英寸），并且涉及了三种不同的更换模式：
1. 用传统制造工艺制造替代用的阀碟组件并更换。
2. 用传统制造工艺制造替代用的整台阀门并更换。
3. 用增材制造工艺制造阀碟组件并更换。
整体更换阀门包括了更换阀碟组件，阀体和阀盖，其它两种更换模式仅更换了阀碟组件。此项全寿命周期评估，本应该涵盖从产品设计开始一直到报废的完整过程，但其实阀门的使用阶段并不包括在内，因为缺乏数据，无法证明不同的更换模式对应了不同的成本效益。换言之，评估工作仅涵盖了三种更换模式所对应的材料获取和制造过程、为制造而投入的资源、零部件运输，部件成品最终处置方式，运输到报废处置场所的环节也包括在内。
设定衡量标准
有若干种方法都可以衡量一种产品或工艺对环境的影响。“气候变化影响（Climate Change Impact）”（也称为“全球增温潜能”）基本算得上是最重要的一种衡量方式。“二氧化碳等价物计算法”（简称为CO2-eq）可以在核心碳原则或全球增温潜能（CCP/GWP）的基础上，衡量不同温室气体对应的碳排放量。3“二氧化碳等价物计算法”是Ricardo环境咨询事务所最终报告所采用的核心衡量方式。无论是传统方法或增材工艺制造的阀碟组件，分别都需要不同等级的维护，而且各有不同的寿命。或者说，根据不同的更换模式，阀门可以正常使用的时间各不相同。
IMI不得不根据自己在相关领域的经验提出一些假设，然后提供给Ricardo环境咨询事务所。上面表格中的数据，对应了此项评估所涵盖的三种更换模式。
如上表所示（图1），假设传统工艺制造的阀碟组件可以使用一年。因此在调查涵盖的十年周期内，采用这种更换模式的话就需要十副阀碟组件。整体更换阀门的话仅需更换一次。如果采用增材工艺制造的阀碟组件，则需要在十年周期内更换两次。作为敏感度研究的组成部分，Ricardo环境咨询事务所分析了不同更换模式之间的差别，并写入了报告的附件。
增材制造的优势
通过上述全寿命周期评估项目，Ricardo环境咨询事务所发现， 采用Retrofit3D增材工艺（英国IMI集团的阀芯增材制造解决方案）制造的阀碟组件，对应的所有环境指数都略胜一筹。而且无论评估项目采用的是大型或小型阀门，结果都是一样的。
换言之，和采用其它更换模式相比，增材制造对的阀碟组件在环境影响方面更具优势。这是因为制造所用的方法和材料不同，而且件数很少。
以更换了增材制造阀碟组件的小型阀门而言，其“气候变化影响（Climate Change Impact）”指数为146公斤二氧化碳等价物。更换了增材制造阀碟组件的大型阀门，指数为1360公斤二氧化碳等价物。两个数据都是以十年作为使用时间跨度。
根据大型阀门的调查数据可知：
和整体更换成传统工艺制造的阀门相比，“气候变化影响（Climate Change Impact）”指数降低了96%。
和更换成传统工艺制造的阀碟组件相比，“气候变化影响”指数降低了94%。
根据小型阀门的调查数据可知：
和整体更换成传统工艺制造的阀门相比，“气候变化影响”指数降低了87%。
和更换成传统工艺制造的阀碟组件相比，“气候变化影响”指数降低了85%。
调查成果和总结
毫不意外地，就大型阀门而言，整体更换阀门对应的“气候变化影响（Climate Change Impact）”指数为34000公斤二氧化碳等价物，是最不理想的更换模式。这是因为阀体的制造需要大量的材料和资源。
但如果是小型阀门，最不理想的更换模式则是更换为传统工艺制造的阀碟组件，对应的指数是1130公斤二氧化碳等价物。这一数据远高于整体更换阀门对应的988公斤。这是因为十年使用周期内，需要更换十副传统工艺制造的阀碟组件，为此需要投入大量原料和资源。
为了确定上述数据对于运输方式、阀门寿命和更换频度等变量的敏感性，还专门进行了额外的调查研究。结果发现即使存在上述各种变量，更换为增材制造的阀碟组件仍是最理想的选择。研究过程中同样考虑到了更换频度这一变量。
即使在研究过程中将“临界点”的因素也考虑在内，增材制造的阀碟组件仍然比其它更换模式更有优势。研究显示，只有在每两三个月就需更换增材制造阀碟组件的情况下，“气候变化影响”指数才会略逊于传统制造工艺。
欢迎浏览以下网站，了解关于Retrofit3D的更多详情：https://www.imi-critical.com/trim-upgrades/retrofit3d-trimupgrade/?&utm_source=trade_websit
1. https://www.pwc.com/gx/en/issues/esg/decarbonising-value-chain.html
2. 欧洲密封协会（ ESA ） ， 出版号： No. 014/05
3. https://ec.europa.eu/eurostat/statisticsexplained/index.php?title=Glossary:Carbon_dioxide_equivalent
作者简介
Bertrand Maillon就职于英国IMI集团，是集团旗下Retrofit3D事业部的负责人。他擅长将自己丰富的经验应用于产品开发工作。Retrofit3D事业部有能力满足客户的复杂要求，专业提供最新增材工艺定制的阀芯解决方案。Bertrand推崇数字化生产，认为它将有潜力影响行业的发展方向，可以降低产品的碳足迹并重塑供应链。