Майкл Келли, Allied PhotoChemical, и Дэвид Хагуд, Finishing Technology Solutions
Представьте себе, что вы можете практически полностью исключить использование летучих органических соединений (ЛОС) в процессе производства труб, что эквивалентно 10 000 фунтов ЛОС в год. Кроме того, представьте себе производство на более высоких скоростях, с большей производительностью и меньшей себестоимостью на единицу продукции/погонный метр.
Устойчивые производственные процессы играют ключевую роль в повышении эффективности и оптимизации производства на североамериканском рынке. Устойчивость можно оценить различными способами:
Сокращение выбросов ЛОС
Меньше потребления энергии
Оптимизированная рабочая сила
Более быстрое производство (больше с меньшими затратами)
Более эффективное использование капитала
Плюс, множество комбинаций вышеперечисленного
Недавно ведущий производитель труб внедрил новую стратегию нанесения покрытий. Ранее производитель использовал покрытия на водной основе, которые содержат большое количество ЛОС и, к тому же, являются легковоспламеняющимися. Внедренная экологичная платформа покрытия представляла собой технологию УФ-покрытия, полностью состоящую из твердых веществ. В этой статье кратко излагаются первоначальная проблема клиента, процесс УФ-покрытия, общие улучшения процесса, экономия затрат и снижение выбросов ЛОС.
Операции нанесения покрытий при производстве труб
Производитель использовал процесс нанесения покрытия на водной основе, который оставлял после себя неприятные последствия, как показано на изображениях 1a и 1b. Этот процесс не только приводил к перерасходу материалов покрытия, но и создавал опасность в цехе, увеличивая воздействие ЛОС и опасность возгорания. Кроме того, заказчик хотел получить покрытие с улучшенными характеристиками по сравнению с существующим методом нанесения покрытия на водной основе.
Хотя многие эксперты отрасли напрямую сравнивают покрытия на водной основе с УФ-лаками, это сравнение некорректно и может ввести в заблуждение. УФ-лакирование — это лишь часть процесса нанесения УФ-лаков.
Рисунок 1. Процесс участия в проекте
УФ — это процесс
УФ-отверждение — это процесс, который обеспечивает значительные экологические преимущества, общие улучшения процесса, повышение производительности продукта и, конечно же, экономию на погонный фут покрытия. Для успешной реализации проекта по нанесению УФ-покрытий необходимо рассматривать УФ-отверждение как процесс, включающий три основных компонента: 1) заказчик, 2) интегратор УФ-оборудования для нанесения и отверждения и 3) партнер по технологиям нанесения покрытий.
Все три этих фактора критически важны для успешного планирования и внедрения системы УФ-лакирования. Итак, давайте рассмотрим общий процесс реализации проекта (рис. 1). В большинстве случаев этим процессом руководит партнер по технологии УФ-лакирования.
Залогом успеха любого проекта является четкое определение этапов взаимодействия, обеспечивающих гибкость и возможность адаптации к различным типам клиентов и их задачам. Эти семь этапов взаимодействия составляют основу успешного взаимодействия с клиентом: 1) общее обсуждение процесса; 2) обсуждение рентабельности инвестиций; 3) спецификации продукта; 4) общая спецификация процесса; 5) испытания образцов; 6) запрос ценовых предложений / общая спецификация проекта; и 7) постоянное взаимодействие.
Эти этапы взаимодействия можно проходить последовательно, некоторые из них могут проходить одновременно или чередоваться, но все они должны быть выполнены. Такая гибкость обеспечивает участникам максимальную вероятность успеха. В некоторых случаях может быть целесообразно привлечь эксперта по УФ-технологиям, обладающего ценным отраслевым опытом во всех видах технологий нанесения покрытий, но, что самое важное, обширным опытом в УФ-технологиях. Этот эксперт сможет разобраться во всех вопросах и выступить в качестве независимого эксперта для правильной и объективной оценки технологий нанесения покрытий.
Этап 1. Общее обсуждение процесса
Здесь происходит обмен первоначальной информацией о текущем процессе клиента с чётким описанием текущей структуры и чётким обозначением положительных и отрицательных сторон. Во многих случаях необходимо заключить соглашение о взаимном неразглашении (NDA). Затем следует определить чётко сформулированные цели по улучшению процесса. Они могут включать:
Устойчивость – сокращение выбросов ЛОС
Сокращение и оптимизация труда
Улучшенное качество
Увеличенная скорость линии
Уменьшение площади пола
Обзор затрат на электроэнергию
Ремонтопригодность системы покрытия – запасные части и т.д.
Затем на основе выявленных улучшений процесса определяются конкретные показатели.
Этап 2. Обсуждение окупаемости инвестиций (ROI)
Важно понимать окупаемость инвестиций (ROI) проекта на начальных этапах. Хотя уровень детализации не обязательно должен быть таким, чтобы он был необходим для утверждения проекта, заказчику необходимо иметь чёткое представление о текущих затратах. Они должны включать стоимость одного продукта, одного погонного фута и т. д.; расходы на электроэнергию; расходы на интеллектуальную собственность (ИС); расходы на обеспечение качества; расходы на эксплуатацию/обслуживание; расходы на устойчивое развитие; и стоимость капитала. (Доступ к калькуляторам ROI см. в конце статьи.)
Этап 3. Обсуждение спецификации продукта
Как и для любого продукта, производимого сегодня, основные характеристики продукта определяются на начальном этапе обсуждения проекта. Что касается нанесения покрытий, эти характеристики со временем менялись в соответствии с производственными потребностями и, как правило, не соответствуют текущему процессу нанесения покрытий у заказчика. Мы называем это «сегодня против завтра». Это баланс между пониманием текущих характеристик продукта (которые могут не соответствовать текущему покрытию) и определением реалистичных будущих потребностей (что всегда требует баланса).
Этап 4. Общие спецификации процесса
Рисунок 2. Усовершенствования процесса, доступные при переходе от процесса нанесения покрытий на водной основе к процессу нанесения УФ-покрытий
Заказчик должен полностью понимать и описывать текущий процесс, а также его положительные и отрицательные стороны. Это важно для интегратора УФ-систем, чтобы учесть все положительные и отрицательные моменты при проектировании новой УФ-системы. Именно здесь УФ-процесс обладает значительными преимуществами, включая повышенную скорость нанесения покрытий, сокращение занимаемой площади, а также снижение температуры и влажности (см. рисунок 2). Настоятельно рекомендуется совместный визит на производственный объект заказчика, который даст отличную возможность понять его потребности и требования.
Этап 5. Демонстрационные и пробные запуски
Заказчику и интегратору УФ-систем также следует посетить предприятие поставщика покрытий, чтобы дать всем возможность принять участие в моделировании процесса нанесения УФ-покрытия заказчиком. В ходе этого визита может возникнуть множество новых идей и предложений, поскольку будут выполнены следующие работы:
Моделирование, образцы и испытания
Сравнительный анализ путем тестирования конкурентных покрытий
Ознакомьтесь с лучшими практиками
Обзор процедур сертификации качества
Познакомьтесь с УФ-интеграторами
Разработать подробный план действий на будущее
Этап 6. Запрос предложений/Общая спецификация проекта
Документ с запросом коммерческого предложения (RFQ) заказчика должен содержать всю необходимую информацию и требования к новой операции УФ-покрытия, как определено в ходе обсуждения процесса. Документ должен включать в себя передовые практики, разработанные компанией, предоставляющей технологии УФ-покрытия, включая нагрев покрытия с помощью системы нагрева с водяной рубашкой до наконечника пистолета, нагрев и перемешивание контейнера, а также весы для измерения расхода покрытия.
Этап 7. Непрерывное общение
Средства коммуникации между заказчиком, интегратором УФ-оборудования и компанией, производящей УФ-покрытия, имеют решающее значение и должны быть улучшены. Современные технологии позволяют с удобством планировать и участвовать в регулярных конференц-звонках в Zoom или конференц-связи. Установка УФ-оборудования или системы не должна вызывать никаких сюрпризов.
Результаты, достигнутые производителем труб
Важнейшим аспектом любого проекта по УФ-покрытию является общая экономия средств. В данном случае производитель добился экономии по нескольким статьям, включая энергозатраты, трудозатраты и расходные материалы для покрытий.
Энергозатраты – микроволновый УФ-нагрев против индукционного нагрева
В типичных системах покрытий на водной основе требуется предварительный или последующий индукционный нагрев трубки. Индукционные нагреватели дороги, потребляют много энергии и могут быть связаны со значительными трудностями в обслуживании. Кроме того, для решения на водной основе требуется индукционный нагреватель мощностью 200 кВт против 90 кВт, потребляемых микроволновыми УФ-лампами.
Таблица 1. Экономия затрат более 100 кВт/час при использовании 10-ламповой микроволновой УФ-системы по сравнению с системой индукционного нагрева
Как видно из Таблицы 1, производитель труб получил экономию более 100 кВт в час после внедрения технологии УФ-покрытия, а также сократил расходы на электроэнергию более чем на 71 000 долларов в год.
Рисунок 3. Иллюстрация годовой экономии затрат на электроэнергию
Экономия затрат за счёт снижения энергопотребления была рассчитана исходя из предполагаемой стоимости электроэнергии в 14,33 цента/кВт⋅ч. Сокращение энергопотребления на 100 кВт⋅ч, рассчитанное для двух смен в течение 50 недель в году (пять дней в неделю, 20 часов в смену), даёт экономию в размере 71 650 долларов США, как показано на рисунке 3.
Сокращение затрат на рабочую силу – операторы и техническое обслуживание
В то время как производственные предприятия продолжают оценивать свои трудозатраты, УФ-технология предлагает уникальную экономию рабочего времени операторов и технического обслуживания. В случае с покрытиями на водной основе влажный слой может затвердеть на оборудовании для обработки материалов, что в конечном итоге потребует удаления.
Операторы производственного предприятия тратили в общей сложности 28 часов в неделю на удаление/очистку покрытия на водной основе с оборудования для обработки материалов, находящегося ниже по технологической цепочке.
Помимо экономии средств (приблизительно 28 рабочих часов x 36 долл. США [накладные расходы] в час = 1 008,00 долл. США в неделю или 50 400 долл. США в год), требования к физическому труду операторов могут быть утомительными, отнимающими много времени и просто опасными.
Заказчик запланировал ежеквартальную очистку покрытия, что обошлось в 1900 долларов США за квартал, включая расходы на удаление покрытия, итого 2500 долларов США. Общая экономия за год составила 10 000 долларов США.
Экономия на покрытии — на водной основе против УФ-лаков
Объем производства труб на объекте заказчика составил 12 000 тонн в месяц диаметром 9,625 дюйма. В сумме это соответствует приблизительно 570 000 погонных футов / ~ 12 700 штук. Процесс нанесения УФ-покрытия по новой технологии включал высокопроизводительные распылительные пистолеты низкого давления с типичной толщиной слоя 1,5 мил. Отверждение осуществлялось с помощью УФ-микроволновых ламп Heraeus. Экономия на покрытиях, транспортировке и внутренней обработке представлена в таблицах 2 и 3.
Таблица 2. Сравнение стоимости покрытий – УФ-покрытия и покрытия на водной основе за погонный фут
Таблица 3. Дополнительная экономия за счет снижения затрат на входящие перевозки и сокращения объемов обработки материалов на месте
Кроме того, можно добиться дополнительной экономии затрат на материалы и рабочую силу, а также повышения эффективности производства.
УФ-покрытия подлежат вторичной переработке (покрытия на водной основе — нет), что обеспечивает эффективность не менее 96%.
Операторы тратят меньше времени на очистку и обслуживание оборудования для нанесения, поскольку УФ-покрытие не высыхает, если не подвергается воздействию УФ-энергии высокой интенсивности.
Скорость производства выше, и у заказчика есть возможность увеличить скорость производства с 100 футов в минуту до 150 футов в минуту, что составляет увеличение на 50%.
Оборудование для УФ-обработки обычно имеет встроенный цикл промывки, который отслеживается и планируется в зависимости от часов работы оборудования. Его можно корректировать в соответствии с потребностями заказчика, что позволяет сократить трудозатраты на очистку системы.
В этом примере клиент получил экономию затрат в размере 1 277 400 долларов США в год.
Сокращение выбросов ЛОС
Внедрение технологии УФ-покрытия также привело к снижению выбросов ЛОС, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Сокращение выбросов ЛОС в результате применения УФ-покрытия
Заключение
Технология УФ-покрытий позволяет производителям труб практически полностью исключить использование ЛОС при нанесении покрытия, обеспечивая при этом экологичный производственный процесс, повышающий производительность и общие эксплуатационные характеристики продукции. Системы УФ-покрытий также обеспечивают значительную экономию средств. Как указано в этой статье, общая экономия клиента превысила 1 200 000 долларов США в год, а также удалось сократить выбросы ЛОС более чем на 154 000 фунтов.
Для получения дополнительной информации и доступа к калькуляторам рентабельности инвестиций посетите сайт www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Для получения информации об усовершенствованиях процесса и примера калькулятора рентабельности инвестиций посетите сайт www.uvebtechnology.com.
БОКОВАЯ ПАНЕЛЬ
Устойчивость процесса УФ-покрытия / Экологические преимущества:
Не содержит летучих органических соединений (ЛОС)
Отсутствие опасных загрязнителей воздуха (ОЗВ)
Негорючий
Без растворителей, воды и наполнителей.
Нет проблем с влажностью или температурой
Общие улучшения процесса, обеспечиваемые УФ-покрытиями:
Высокая скорость производства — от 800 до 900 футов в минуту, в зависимости от размера продукта
Небольшая физическая площадь менее 35 футов (линейная длина)
Минимальный объем незавершенного производства
Мгновенное высыхание без необходимости последующего отверждения
Никаких проблем с мокрым покрытием на выходе
Не требуется корректировка покрытия в зависимости от температуры или влажности.
Не требуется специального обращения/хранения во время пересмен, технического обслуживания или простоев в выходные дни.
Сокращение затрат на рабочую силу, связанную с операторами и техническим обслуживанием
Возможность рекуперации излишков распыления, повторной фильтрации и повторного введения в систему покрытия
Улучшенные эксплуатационные характеристики продукции с УФ-покрытиями:
Улучшенные результаты испытаний на влажность
Отличные результаты испытаний на соляной туман
Возможность настройки характеристик и цвета покрытия
Доступны прозрачные покрытия, металлики и цвета
Снижение затрат на покрытие за погонный фут, как показывает калькулятор рентабельности инвестиций:
Время публикации: 14 декабря 2023 г.
