Авторы: Майкл Келли, Allied PhotoChemical, и Дэвид Хагуд, Finishing Technology Solutions.
Представьте, что вы можете практически полностью исключить летучие органические соединения (ЛОС) в процессе производства труб, что эквивалентно десяткам тысяч фунтов ЛОС в год. А также представьте себе более высокую скорость производства, большую производительность и меньшую стоимость детали/погонного метра.
Устойчивые производственные процессы являются ключевым фактором для повышения эффективности и оптимизации производства на североамериканском рынке. Устойчивость можно измерить различными способами:
снижение содержания летучих органических соединений
Меньше потребления энергии
Оптимизированная рабочая сила
Более высокая скорость производства (больше с меньшими затратами)
Более эффективное использование капитала
Кроме того, существует множество комбинаций вышеперечисленного.
Недавно ведущий производитель труб внедрил новую стратегию в свои операции по нанесению покрытий. Ранее производитель использовал водные растворы для нанесения покрытий, которые содержат большое количество летучих органических соединений (ЛОС) и являются легковоспламеняющимися. Внедренная экологичная технология нанесения покрытий – это 100%-ное ультрафиолетовое (УФ) покрытие. В данной статье обобщены первоначальная проблема заказчика, процесс УФ-покрытия, общие улучшения процесса, экономия затрат и снижение содержания ЛОС.
Операции по нанесению покрытий в производстве труб
Производитель использовал технологию нанесения покрытия на водной основе, которая оставляла после себя беспорядок, как показано на изображениях 1a и 1b. Этот процесс не только приводил к растрате материалов для покрытия, но и создавал опасность в цехе, увеличивая воздействие летучих органических соединений и пожарную опасность. Кроме того, заказчик хотел получить улучшенные характеристики покрытия по сравнению с существующей технологией нанесения покрытия на водной основе.
Хотя многие отраслевые эксперты напрямую сравнивают покрытия на водной основе с УФ-покрытиями, это нереалистичное сравнение, которое может ввести в заблуждение. Само УФ-покрытие является лишь частью процесса нанесения УФ-покрытий.
Рисунок 1. Процесс взаимодействия в рамках проекта.
УФ-излучение — это процесс.
УФ-излучение — это процесс, предлагающий значительные экологические преимущества, общее улучшение производственных процессов, повышение эксплуатационных характеристик продукции и, конечно же, экономию на покрытии в расчете на погонный метр. Для успешной реализации проекта по нанесению УФ-покрытий необходимо рассматривать этот процесс как состоящий из трех основных компонентов: 1) заказчика, 2) интегратора оборудования для УФ-нанесения и отверждения и 3) партнера по технологиям нанесения покрытий.
Все три фактора имеют решающее значение для успешного планирования и внедрения системы УФ-покрытия. Итак, давайте рассмотрим общий процесс взаимодействия с проектом (Рисунок 1). В большинстве случаев эту работу возглавляет партнер, специализирующийся на технологиях УФ-покрытия.
Ключ к успеху любого проекта — это четко определенные этапы взаимодействия, обладающие гибкостью и способностью адаптироваться к различным типам клиентов и их задачам. Эти семь этапов взаимодействия являются основой успешного сотрудничества с клиентом: 1) обсуждение общего процесса; 2) обсуждение рентабельности инвестиций; 3) спецификации продукта; 4) общая спецификация процесса; 5) пробные испытания; 6) запрос коммерческого предложения / общая спецификация проекта; и 7) постоянная коммуникация.
Эти этапы взаимодействия могут выполняться последовательно, некоторые могут происходить одновременно или чередоваться, но все они должны быть завершены. Такая гибкость обеспечивает участникам наилучшие шансы на успех. В некоторых случаях может быть целесообразно привлечь эксперта по УФ-технологиям, обладающего ценным отраслевым опытом во всех областях нанесения покрытий, но, что наиболее важно, глубокими знаниями в этой области. Этот эксперт сможет разобраться во всех вопросах и выступить в качестве нейтрального источника для надлежащей и справедливой оценки технологий нанесения покрытий.
Этап 1. Общее обсуждение процесса.
На этом этапе происходит первоначальный обмен информацией о текущих процессах клиента, с четким определением текущей структуры и обозначением положительных и отрицательных сторон. Во многих случаях должно быть заключено взаимное соглашение о неразглашении (NDA). Затем следует определить четко сформулированные цели по улучшению процессов. К ним могут относиться:
Устойчивое развитие – снижение содержания летучих органических соединений
Сокращение и оптимизация трудозатрат
Улучшенное качество
Увеличенная скорость линии
сокращение площади помещения
Обзор затрат на энергию
Ремонтопригодность системы покрытия – запасные части и т.д.
Далее, на основе выявленных улучшений процесса определяются конкретные показатели.
Этап 2. Обсуждение рентабельности инвестиций (ROI).
На начальных этапах важно понимать рентабельность инвестиций (ROI) проекта. Хотя уровень детализации не обязательно должен соответствовать требованиям для утверждения проекта, заказчик должен иметь четкое представление о текущих затратах. К ним следует отнести стоимость одного продукта, стоимость погонного метра и т. д.; затраты на энергию; затраты на интеллектуальную собственность (ИС); затраты на обеспечение качества; затраты на эксплуатацию/техническое обслуживание; затраты на обеспечение устойчивого развития; и стоимость капитала. (Для доступа к калькуляторам ROI см. конец этой статьи.)
Этап 3. Обсуждение технических характеристик продукта.
Как и в случае с любым современным продуктом, основные технические характеристики определяются на начальном этапе обсуждения проекта. Что касается нанесения покрытий, то эти характеристики со временем менялись в соответствии с производственными потребностями и, как правило, не удовлетворяются существующим процессом нанесения покрытий у заказчика. Мы называем это «сегодня против завтра». Это баланс между пониманием текущих технических характеристик продукта (которые могут не удовлетворяться существующим покрытием) и определением реалистичных будущих потребностей (что всегда является балансом).
Этап 4. Общие технические характеристики процесса.
Рисунок 2. Возможности улучшения процесса при переходе от нанесения покрытий на водной основе к нанесению УФ-покрытий.
Заказчик должен полностью понимать и описывать текущий процесс, а также его преимущества и недостатки. Это важно для интегратора УФ-систем, чтобы учесть как положительные, так и отрицательные стороны при проектировании новой УФ-системы. Именно здесь УФ-процесс предлагает значительные преимущества, которые могут включать в себя увеличение скорости нанесения покрытий, сокращение занимаемой площади, а также снижение температуры и влажности (см. рис. 2). Настоятельно рекомендуется совместное посещение производственного предприятия заказчика, которое обеспечит отличную основу для понимания потребностей и требований заказчика.
Этап 5. Демонстрация и пробные запуски.
Заказчику и интегратору УФ-систем также следует посетить предприятие поставщика покрытий, чтобы все могли принять участие в моделировании процесса УФ-покрытия заказчика. В ходе этих мероприятий возникнет множество новых идей и предложений:
Моделирование, примеры и тестирование
Сравнительный анализ путем тестирования конкурирующих продуктов для нанесения покрытий.
Обзор передовых методов
Проанализируйте процедуры сертификации качества.
Познакомьтесь с интеграторами УФ-излучения
Разработать подробный план действий на будущее.
Этап 6. Запрос предложений / Общая спецификация проекта
В запросе предложений от заказчика должна содержаться вся соответствующая информация и требования к новой операции УФ-покрытия, как это определено в ходе обсуждения технологического процесса. Документ должен включать в себя лучшие практики, определенные компанией-разработчиком технологии УФ-покрытия, которые могут включать 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. Непрерывная коммуникация
Взаимодействие между заказчиком, интегратором УФ-оборудования и компанией, занимающейся УФ-покрытиями, имеет решающее значение и должно поощряться. Современные технологии позволяют очень удобно планировать и проводить регулярные видеоконференции в Zoom и других подобных форматах. Не должно быть никаких неожиданностей при установке УФ-оборудования или системы.
Результаты, достигнутые производителем труб
В любом проекте по нанесению УФ-покрытий крайне важным аспектом является общая экономия затрат. В данном случае производитель добился экономии в нескольких областях, включая затраты на электроэнергию, оплату труда и расходные материалы для нанесения покрытий.
Затраты на электроэнергию – УФ-обогрев с использованием микроволнового излучения против индукционного нагрева
В типичных системах покрытий на водной основе необходим предварительный или последующий индукционный нагрев трубки. Индукционные нагреватели дороги, потребляют много энергии и могут вызывать значительные проблемы с техническим обслуживанием. Кроме того, для раствора на водной основе требовалось 200 кВт энергии от индукционного нагревателя по сравнению с 90 кВт, потребляемыми микроволновыми УФ-лампами.
Таблица 1. Экономия затрат более 100 кВт/час при использовании 10-ламповой микроволновой УФ-системы по сравнению с индукционной системой нагрева.
Как видно из таблицы 1, производитель труб добился экономии более 100 кВт в час после внедрения технологии УФ-покрытия, а также сократил затраты на электроэнергию более чем на 71 000 долларов в год.
Рисунок 3. Иллюстрация ежегодной экономии на затратах на электроэнергию.
Экономия средств за счет снижения энергопотребления была рассчитана исходя из предполагаемой стоимости электроэнергии в 14,33 цента/кВт·ч. 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 в размере 71 650 долларов, как показано на рисунке 3.
Снижение затрат на рабочую силу – операторы и техническое обслуживание
Поскольку производственные предприятия продолжают оценивать свои затраты на рабочую силу, процесс УФ-покрытия предлагает уникальную возможность экономии рабочего времени операторов и обслуживающего персонала. В случае покрытий на водной основе, влажное покрытие может затвердеть на погрузочно-разгрузочном оборудовании, которое в конечном итоге необходимо удалить.
Операторы производственного предприятия тратили в общей сложности 28 часов в неделю на удаление/очистку водорастворимого покрытия с оборудования для перемещения материалов, используемого на последующих этапах производства.
Помимо экономии средств (примерно 28 рабочих часов x 36 долларов [накладные расходы] в час = 1008 долларов в неделю или 50 400 долларов в год), физический труд операторов может быть утомительным, отнимающим много времени и откровенно опасным.
Заказчик планировал проводить очистку покрытия ежеквартально, при этом затраты на оплату труда составляли 1900 долларов в квартал, плюс понесенные расходы на удаление покрытия, итого 2500 долларов. Общая экономия за год составила 10 000 долларов.
Экономия на покрытиях – на водной основе против УФ-покрытий
Производство труб на предприятии заказчика составляло 12 000 тонн в месяц труб диаметром 9,625 дюйма. В сумме это составляет приблизительно 570 000 погонных футов / ~ 12 700 штук. Процесс нанесения нового УФ-покрытия включал использование распылителей высокого объема/низкого давления с типичной целевой толщиной 1,5 мил. Отверждение осуществлялось с помощью УФ-микроволновых ламп Heraeus. Экономия на затратах на покрытие и транспортные/внутренние расходы суммирована 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 транспортных расходов и сокращения объемов погрузочно-разгрузочных работ на объекте.
Кроме того, можно добиться дополнительной экономии на материалах и рабочей силе, а также повышения эффективности производства.
УФ-покрытия подлежат повторному нанесению (покрытия на водной основе — нет), что обеспечивает эффективность не менее 96%.
Операторы тратят меньше времени на очистку и техническое обслуживание оборудования для нанесения покрытия, поскольку УФ-покрытие не высыхает, если не подвергается воздействию высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения.
Скорость производства увеличивается, и у заказчика есть возможность повысить скорость производства со 100 футов в минуту до 150 футов в минуту – увеличение на 50%.
Оборудование для УФ-обработки обычно имеет встроенный цикл промывки, который отслеживается и планируется в зависимости от количества часов работы производства. Этот цикл может быть скорректирован в соответствии с потребностями заказчика, что приводит к сокращению трудозатрат на очистку системы.
В этом примере клиент получил экономию средств в размере 1 277 400 долларов в год.
снижение содержания летучих органических соединений
Внедрение технологии УФ-покрытия также привело к снижению содержания летучих органических соединений, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Снижение содержания летучих органических соединений в результате нанесения УФ-покрытия.
Заключение
Технология УФ-покрытий позволяет производителям труб практически полностью исключить летучие органические соединения (ЛОС) в процессе нанесения покрытий, обеспечивая при этом экологически устойчивый производственный процесс, повышающий производительность и общие характеристики продукции. Системы УФ-покрытий также обеспечивают значительную экономию средств. Как показано в этой статье, общая экономия для заказчика 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 ознакомления с дополнительными улучшениями процесса и примером калькулятора рентабельности инвестиций посетите сайт www.uvebtechnology.com.
БОКОВАЯ ПАНЕЛЬ
Экологическая устойчивость процесса УФ-покрытия / Экологические преимущества:
Отсутствие летучих органических соединений (ЛОС)
Отсутствие опасных загрязняющих веществ в воздухе.
Невоспламеняющийся
Без растворителей, воды и наполнителей.
Нет проблем с влажностью или температурой при производстве.
Общие преимущества УФ-покрытий с точки зрения улучшения производственных процессов:
Высокая скорость производства — от 800 до 900 футов в минуту, в зависимости от размера изделия.
Небольшая площадь, занимаемая этим объектом, менее 35 футов (по прямой).
Минимальное количество незавершенного производства
Мгновенное высыхание без необходимости дополнительной полимеризации.
Отсутствуют проблемы, связанные с нанесением жидкого покрытия на последующих этапах процесса.
Не требуется корректировка покрытия в зависимости от температуры или влажности.
Во время смены дежурства, технического обслуживания или простоев в выходные дни не требуется специальная обработка/хранение.
Снижение затрат на рабочую силу, связанных с операторами и техническим обслуживанием.
Возможность сбора избыточного распыления, повторной фильтрации и повторного ввода в систему нанесения покрытия.
Улучшение эксплуатационных характеристик продукции благодаря УФ-покрытиям:
Улучшенные результаты тестирования влажности
Отличные результаты испытаний на соляной туман.
Возможность регулировать свойства покрытия и цвет.
Доступны прозрачные лаки, металлизированные покрытия и цветные варианты.
Более низкие затраты на покрытие в расчете на погонный фут, как показывает калькулятор рентабельности инвестиций:
Дата публикации: 14 декабря 2023 г.
