Майкл Келли, Allied PhotoChemical, и Дэвид Хагуд, Finishing Technology Solutions
Представьте себе, что вы можете исключить почти все ЛОС (летучие органические соединения) в процессе производства труб, что составляет 10 000 фунтов ЛОС в год. Также представьте, что вы производите продукцию на более высоких скоростях, с большей производительностью и меньшими затратами на деталь/погонный фут.
Устойчивые производственные процессы являются ключом к переходу к более эффективному и оптимизированному производству на рынке Северной Америки. Устойчивость можно измерить разными способами:
Сокращение летучих органических соединений
Меньше энергопотребления
Оптимизированная рабочая сила
Более быстрый выпуск продукции (больше с меньшими затратами)
Более эффективное использование капитала
Плюс множество комбинаций вышеперечисленного
Недавно ведущий производитель труб внедрил новую стратегию нанесения покрытий. Предыдущие платформы для нанесения покрытий, предлагаемые производителем, были на водной основе, которая имеет высокое содержание летучих органических соединений и к тому же является легковоспламеняющейся. Внедренная платформа экологически чистого покрытия представляла собой технологию нанесения 100% твердых частиц ультрафиолетовым (УФ) покрытием. В этой статье кратко изложены первоначальная проблема клиента, процесс УФ-покрытия, общие улучшения процесса, экономия затрат и снижение содержания летучих органических соединений.
Операции по нанесению покрытий при производстве труб
Производитель использовал процесс нанесения покрытия на водной основе, который оставил после себя беспорядок, как показано на изображениях 1a и 1b. Этот процесс не только привел к потере материалов покрытия, но и создал опасность в цехах, которая увеличила воздействие летучих органических соединений и опасность пожара. Кроме того, заказчик хотел улучшить характеристики покрытия по сравнению с текущими покрытиями на водной основе.
Хотя многие отраслевые эксперты напрямую сравнивают покрытия на водной основе с УФ-покрытиями, это сравнение нереалистично и может ввести в заблуждение. Фактическое УФ-покрытие является частью процесса УФ-покрытия.
Рисунок 1. Процесс участия в проекте
УФ – это процесс
УФ-технология — это процесс, который обеспечивает значительные экологические преимущества, общее улучшение процесса, улучшение характеристик продукции и, конечно же, экономию покрытия на погонную ногу. Чтобы успешно реализовать проект по нанесению УФ-покрытий, УФ-покрытие следует рассматривать как процесс, состоящий из трех основных компонентов: 1) клиент, 2) интегратор оборудования для нанесения и отверждения УФ-излучением и 3) партнер по технологии покрытий.
Все три из них имеют решающее значение для успешного планирования и внедрения системы УФ-покрытия. Итак, давайте взглянем на общий процесс участия в проекте (рис. 1). В большинстве случаев эту работу возглавляет партнер по технологии УФ-покрытия.
Ключом к любому успешному проекту является наличие четко определенных этапов взаимодействия с заложенной гибкостью и способностью адаптироваться к различным типам клиентов и их приложениям. Эти семь этапов взаимодействия являются основой успешного взаимодействия проекта с заказчиком: 1) общее обсуждение процесса; 2) обсуждение рентабельности инвестиций; 3) характеристики продукции; 4) общая спецификация процесса; 5) выборочные испытания; 6) Запрос предложений/общая спецификация проекта; и 7) продолжение общения.
Эти этапы взаимодействия могут проходить последовательно, некоторые могут происходить одновременно или меняться местами, но все они должны быть завершены. Эта встроенная гибкость обеспечивает участникам самые высокие шансы на успех. В некоторых случаях лучше всего привлечь эксперта по УФ-технологиям в качестве ресурса, имеющего ценный отраслевой опыт во всех формах технологий нанесения покрытий, но, что наиболее важно, большой опыт работы с УФ-технологиями. Этот эксперт может разобраться во всех вопросах и выступать в качестве нейтрального ресурса, позволяющего правильно и объективно оценить технологии нанесения покрытий.
Этап 1. Общее обсуждение процесса
Здесь происходит обмен исходной информацией о текущем процессе клиента с четким определением текущего плана и четко определенными положительными и отрицательными сторонами. Во многих случаях необходимо заключить взаимное соглашение о неразглашении информации (NDA). Затем следует определить четко определенные цели улучшения процесса. Они могут включать в себя:
Устойчивое развитие – сокращение выбросов ЛОС
Сокращение и оптимизация труда
Улучшенное качество
Увеличенная скорость линии
Уменьшение площади помещения
Обзор затрат на электроэнергию
Ремонтопригодность системы покрытия – запасные части и т.д.
Затем на основе выявленных улучшений процесса определяются конкретные показатели.
Этап 2. Обсуждение рентабельности инвестиций (ROI)
Важно понимать рентабельность инвестиций в проект на начальных этапах. Хотя уровень детализации не обязательно должен быть таким, который потребуется для утверждения проекта, заказчик должен иметь четкое представление о текущих затратах. Они должны включать стоимость продукта, погонного фута и т. д.; затраты на электроэнергию; затраты на интеллектуальную собственность (ИС); затраты на качество; затраты на оператора/техническое обслуживание; затраты на устойчивое развитие; и стоимость капитала. (Доступ к калькуляторам рентабельности инвестиций см. в конце этой статьи.)
Этап 3. Обсуждение спецификации продукта
Как и в случае любого продукта, производимого сегодня, основные характеристики продукта определяются в ходе первоначальных обсуждений проекта. Что касается нанесения покрытий, эти спецификации продукта со временем развивались для удовлетворения производственных потребностей и обычно не соответствуют текущему процессу нанесения покрытия заказчиком. Мы называем это «сегодня против завтра». Это баланс между пониманием текущих спецификаций продукта (которые могут быть неудовлетворены текущим покрытием) и определением реалистичных будущих потребностей (что всегда является балансом).
Этап 4. Общая спецификация процесса
Рисунок 2. Усовершенствования процесса, доступные при переходе от процесса нанесения покрытий на водной основе к процессу нанесения УФ-покрытий
Заказчик должен полностью понять и определить текущий процесс, а также положительные и отрицательные стороны существующих практик. Это важно понимать интегратору УФ-систем, поэтому при проектировании новой УФ-системы можно учитывать то, что идет хорошо, а что нет. Именно здесь УФ-процесс предлагает значительные преимущества, которые могут включать увеличение скорости нанесения покрытий, уменьшение занимаемой площади, а также снижение температуры и влажности (см. Рисунок 2). Настоятельно рекомендуется совместное посещение производственного объекта клиента, поскольку оно обеспечивает прекрасную основу для понимания потребностей и требований клиента.
Этап 5. Демонстрационные и пробные запуски
Заказчик и интегратор УФ-систем также должны посетить предприятие поставщика покрытий, чтобы каждый мог принять участие в моделировании процесса УФ-покрытия клиента. За это время появится много новых идей и предложений по мере проведения следующих мероприятий:
Моделирование, образцы и тестирование
Оценка путем тестирования конкурирующих лакокрасочных материалов
Обзор лучших практик
Изучите процедуры сертификации качества
Познакомьтесь с УФ-интеграторами
Разработать подробный план действий на будущее
Этап 6. Запрос предложений/Общее техническое задание проекта
Документ запроса предложения клиента должен включать всю соответствующую информацию и требования для новой операции по нанесению УФ-покрытия, как это определено в ходе обсуждения процесса. В документе должны быть отражены лучшие практики, выявленные компанией, занимающейся разработкой УФ-покрытий, которые могут включать нагрев покрытия с помощью системы нагрева с водяной рубашкой до кончика пистолета; тотальный нагрев и перемешивание; и весы для измерения расхода покрытия.
Этап 7. Постоянное общение
Средства связи между клиентом, интегратором УФ-излучения и компанией, производящей УФ-покрытия, имеют решающее значение и должны поощряться. Сегодняшние технологии позволяют очень удобно планировать регулярные звонки Zoom/конференц-связи и участвовать в них. При установке УФ-оборудования или системы не должно возникнуть сюрпризов.
Результаты, полученные производителем труб
Критической областью, которую следует учитывать в любом проекте УФ-покрытия, является общая экономия средств. В этом случае производитель добился экономии по нескольким направлениям, включая затраты на электроэнергию, трудозатраты и расходные материалы для покрытий.
Затраты на электроэнергию — УФ-излучение с микроволновой печью и индукционный нагрев
В типичных системах покрытий на водной основе существует необходимость в предварительном или последующем индукционном нагреве трубки. Индукционные нагреватели являются дорогостоящими, энергоемкими потребителями и могут вызывать серьезные проблемы с обслуживанием. Кроме того, для решения на водной основе потребовалось 200 кВт энергии индукционного нагревателя по сравнению с 90 кВт, используемыми микроволновыми УФ-лампами.
Таблица 1. Экономия затрат более 100 кВт/час при использовании микроволновой УФ-системы с 10 лампами по сравнению с системой индукционного нагрева
Как видно из Таблицы 1, производитель труб добился экономии более 100 кВт в час после внедрения технологии УФ-покрытия, а также снизил затраты на электроэнергию более чем на 71 000 долларов США в год.
Рисунок 3. Иллюстрация годовой экономии затрат на электроэнергию
Экономия затрат за счет такого снижения энергопотребления была оценена на основе расчетной стоимости электроэнергии в 14,33 цента/кВтч. Снижение энергопотребления на 100 кВт/час, рассчитанное на две смены в течение 50 недель в году (пять дней в неделю, 20 часов в смену), приводит к экономии 71 650 долларов США, как показано на рисунке 3.
Сокращение затрат на рабочую силу – операторы и техническое обслуживание
Поскольку производственные предприятия продолжают оценивать свои затраты на рабочую силу, УФ-процесс обеспечивает уникальную экономию человеко-часов операторов и технического обслуживания. В случае покрытий на водной основе влажное покрытие может затвердеть на погрузочно-разгрузочном оборудовании, которое в конечном итоге придется удалить.
Операторы производственного предприятия тратили в общей сложности 28 часов в неделю на удаление/очистку покрытия на водной основе с последующего погрузочно-разгрузочного оборудования.
Помимо экономии средств (приблизительно 28 часов рабочего времени x 36 долларов США [обременительные затраты] в час = 1008,00 долларов США в неделю или 50 400 долларов США в год), требования к физическому труду операторов могут быть утомительными, отнимающими много времени и совершенно опасными.
Очистка покрытия, предусмотренная для клиента, в каждом квартале, затраты на рабочую силу составляют 1900 долларов США в квартал, плюс понесенные затраты на удаление покрытия на общую сумму 2500 долларов США. Общая экономия за год составила 10 000 долларов США.
Экономия покрытия – на водной основе по сравнению с УФ-излучением
Производство труб на площадке заказчика составило 12 000 тонн в месяц труб диаметром 9,625 дюйма. В сумме это соответствует примерно 570 000 погонных футов / ~ 12 700 штук. Процесс нанесения новой технологии УФ-покрытия включал в себя распылительные пистолеты большого объема и низкого давления с типичной целевой толщиной 1,5 мил. Отверждение осуществлялось с помощью УФ-СВЧ-ламп Heraeus. Экономия затрат на покрытия и затрат на транспортировку/внутреннюю обработку представлена в таблицах 2 и 3.
Таблица 2. Сравнение стоимости покрытий – УФ-покрытия и покрытия на водной основе на погонный фут
Таблица 3. Дополнительная экономия за счет снижения затрат на транспортировку и сокращения объемов обработки материалов на площадке.
Кроме того, может быть реализована дополнительная экономия материальных и трудовых затрат и повышение 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-излучения высокой интенсивности.
Скорость производства выше, и у клиента есть возможность увеличить скорость производства со 100 футов в минуту до 150 футов в минуту – увеличение на 50%.
Оборудование для УФ-технологий обычно имеет встроенный цикл промывки, который отслеживается и рассчитывается по часам производственного цикла. Это можно отрегулировать в соответствии с потребностями клиента, что приводит к сокращению затрат рабочей силы на очистку системы.
В этом примере клиент реализовал экономию средств в размере 1 277 400 долларов США в год.
Сокращение летучих органических соединений
Внедрение технологии УФ-покрытия также снизило содержание ЛОС, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Сокращение летучих органических соединений в результате применения УФ-покрытия.
Заключение
Технология УФ-покрытий позволяет производителям труб практически исключить использование летучих органических соединений при нанесении покрытий, а также обеспечивает экологически безопасный производственный процесс, который повышает производительность и общие характеристики продукции. Системы УФ-покрытия также обеспечивают значительную экономию средств. Как указано в этой статье, общая экономия клиента превысила 1 200 000 долларов США в год, плюс было устранено более 154 000 фунтов выбросов ЛОС.
Для получения дополнительной информации и доступа к калькуляторам рентабельности посетите сайт www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Дополнительные улучшения процесса и пример калькулятора рентабельности инвестиций можно найти на сайте www.uvebtechnology.com.
БОКОВАЯ ПАНЕЛЬ
Устойчивость процесса УФ-покрытия/экологические преимущества:
Отсутствие летучих органических соединений (ЛОС)
Отсутствие опасных загрязнителей воздуха (HAP)
Невоспламеняющийся
Никаких растворителей, воды и наполнителей.
Отсутствие проблем с влажностью и температурой производства
Общие улучшения процесса, предлагаемые УФ-покрытиями:
Высокая скорость производства от 800 до 900 футов в минуту, в зависимости от размера продукта.
Небольшая занимаемая площадь менее 35 футов (линейная длина)
Минимум незавершенной работы
Мгновенное высыхание без необходимости последующего отверждения.
Отсутствие проблем с мокрым покрытием на выходе
Нет регулировки покрытия в зависимости от температуры или влажности.
Не требуется специального обращения/хранения во время смены, технического обслуживания или простоев в выходные дни.
Сокращение затрат на рабочую силу, связанную с операторами и техническим обслуживанием.
Возможность удаления избыточного распыления, повторной фильтрации и повторного введения в систему покрытия.
Улучшение характеристик продукта благодаря УФ-покрытиям:
Улучшенные результаты испытаний на влажность
Отличные результаты испытаний в соляном тумане
Возможность настройки свойств и цвета покрытия.
Доступны прозрачные покрытия, металлики и цвета.
Снижение затрат на покрытие на погонную ногу, как показано калькулятором рентабельности инвестиций:
Время публикации: 14 декабря 2023 г.
