af Michael Kelly, Allied PhotoChemical, og David Hagood, Finishing Technology Solutions
Forestil dig at kunne eliminere næsten alle VOC'er (flygtige organiske forbindelser) i fremstillingsprocessen for rør, hvilket svarer til 10.000 pund VOC'er om året. Forestil dig også at producere ved højere hastigheder med større gennemløb og lavere omkostninger pr. del/lineær fod.
Bæredygtige produktionsprocesser er nøglen til at fremme en mere effektiv og optimeret produktion på det nordamerikanske marked. Bæredygtighed kan måles på en række forskellige måder:
VOC-reduktion
Mindre energiforbrug
Optimeret arbejdsstyrke
Hurtigere produktionsoutput (mere med mindre)
Mere effektiv udnyttelse af kapital
Plus mange kombinationer af ovenstående
For nylig implementerede en førende rørproducent en ny strategi for sine belægningsaktiviteter. Producentens tidligere foretrukne belægningsplatforme var vandbaserede, som har et højt indhold af flygtige organiske forbindelser (VOC) og tilfældigvis også er brandfarlige. Den bæredygtige belægningsplatform, der blev implementeret, var en ultraviolet (UV) belægningsteknologi med 100 % fast stof. I denne artikel opsummeres kundens oprindelige problem, UV-belægningsprocessen, de overordnede procesforbedringer, omkostningsbesparelser og VOC-reduktion.
Belægningsoperationer i rørfremstilling
Producenten anvendte en vandbaseret overfladebehandlingsproces, der efterlod et rod, som vist på billeder 1a og 1b. Processen resulterede ikke blot i spild af overfladebehandlingsmaterialer, men skabte også en risiko på værkstedet, der øgede eksponeringen for flygtige organiske forbindelser (VOC) og brandfaren. Derudover ønskede kunden en forbedret overfladebehandlingsydelse sammenlignet med den nuværende vandbaserede overfladebehandlingsproces.
Selvom mange brancheeksperter direkte sammenligner vandbaserede belægninger med UV-belægninger, er dette ikke en realistisk sammenligning og kan være misvisende. Selve UV-belægningen er en delmængde af UV-belægningsprocessen.
Figur 1. Projektengagementsproces
UV er en proces
UV er en proces, der tilbyder betydelige miljømæssige fordele, generelle procesforbedringer, forbedret produktydelse og, ja, besparelser pr. lineær fod på belægning. For at kunne implementere et UV-belægningsprojekt med succes skal UV ses som en proces med tre hovedkomponenter – 1) kunden, 2) integratoren af UV-applikations- og hærdningsudstyr og 3) partneren bag belægningsteknologien.
Alle tre af disse er afgørende for en vellykket planlægning og implementering af et UV-belægningssystem. Lad os derfor se på den overordnede projektengagementsproces (figur 1). I de fleste tilfælde ledes denne indsats af UV-belægningsteknologipartneren.
Nøglen til ethvert vellykket projekt er at have klart definerede engagementstrin med indbygget fleksibilitet og evnen til at tilpasse sig forskellige typer kunder og deres applikationer. Disse syv engagementstrin er grundlaget for et vellykket projektengagement med kunden: 1) overordnet procesdiskussion; 2) ROI-diskussion; 3) produktspecifikationer; 4) overordnet processpecifikation; 5) prøveforsøg; 6) RFQ / overordnet projektspecifikation; og 7) fortsat kommunikation.
Disse engagementstrin kan følges serielt, nogle kan forekomme samtidig, eller de kan udskiftes, men de skal alle gennemføres. Denne indbyggede fleksibilitet giver deltagerne den højeste chance for succes. I nogle tilfælde kan det være bedst at engagere en UV-procesekspert som en ressource med værdifuld brancheerfaring inden for alle former for belægningsteknologi, men vigtigst af alt, solid UV-proceserfaring. Denne ekspert kan navigere i alle problemstillinger og fungere som en neutral ressource til korrekt og retfærdig evaluering af belægningsteknologierne.
Fase 1. Samlet procesdiskussion
Det er her, at den indledende information om kundens nuværende proces udveksles, med en klar definition af det nuværende layout og tydeligt definerede positive/negative aspekter. I mange tilfælde bør der være en gensidig fortrolighedsaftale (NDA) på plads. Derefter bør der identificeres klart definerede mål for procesforbedring. Disse kan omfatte:
Bæredygtighed – reduktion af flygtige organiske forbindelser (VOC)
Arbejdsreduktion og -optimering
Forbedret kvalitet
Øget linjehastighed
Reduktion af gulvplads
Gennemgang af energiomkostninger
Vedligeholdelse af belægningssystemet – reservedele osv.
Dernæst defineres specifikke målepunkter baseret på disse identificerede procesforbedringer.
Fase 2. Diskussion om investeringsafkast (ROI)
Det er vigtigt at forstå projektets investeringsafkast i de indledende faser. Selvom detaljeringsniveauet ikke behøver at være det niveau, der kræves for projektgodkendelse, bør kunden have en klar oversigt over de aktuelle omkostninger. Disse bør omfatte omkostninger pr. produkt, pr. løbende fod osv.; energiomkostninger; omkostninger til intellektuel ejendom (IP); kvalitetsomkostninger; drifts-/vedligeholdelsesomkostninger; bæredygtighedsomkostninger; og kapitalomkostninger. (For adgang til ROI-beregnere, se slutningen af denne artikel.)
Fase 3. Diskussion af produktspecifikation
Som med alle produkter, der fremstilles i dag, defineres grundlæggende produktspecifikationer i de indledende projektdrøftelser. Med hensyn til belægningsapplikationer har disse produktspecifikationer udviklet sig over tid for at imødekomme produktionsbehovene og bliver typisk ikke opfyldt med kundens nuværende belægningsproces. Vi kalder det "i dag vs. i morgen". Det er en balancegang mellem at forstå de nuværende produktspecifikationer (som muligvis ikke bliver opfyldt med den nuværende belægning) og at definere fremtidige behov, der er realistiske (hvilket altid er en balancegang).
Fase 4. Samlede processpecifikationer
Figur 2. Procesforbedringer tilgængelige ved overgang fra en vandbaseret belægningsproces til en UV-belægningsproces
Kunden bør fuldt ud forstå og definere den nuværende proces, sammen med de positive og negative sider ved eksisterende praksis. Dette er vigtigt for UV-systemintegratoren at forstå, så de ting, der går godt, og de ting, der ikke går, kan tages i betragtning i designet af det nye UV-system. Det er her, UV-processen tilbyder betydelige fordele, som kan omfatte øget belægningshastighed, reduceret gulvpladsbehov og reduktion af temperatur og fugtighed (se figur 2). Et fælles besøg på kundens produktionsanlæg anbefales kraftigt og giver en god ramme for at forstå kundens behov og krav.
Fase 5. Demonstration og prøvekørsler
Kunden og UV-systemintegratoren bør også besøge leverandøren af belægninger, så alle kan deltage i en simulering af kundens UV-belægningsproces. I løbet af denne tid vil mange nye ideer og forslag dukke op, når følgende aktiviteter finder sted:
Simulering, prøver og testning
Benchmark ved at teste konkurrerende belægningsprodukter
Gennemgå bedste praksis
Gennemgå procedurer for kvalitetscertificering
Mød UV-integratorer
Udarbejd en detaljeret handlingsplan fremadrettet
Fase 6. Anmodning om tilbud / Samlet projektspecifikation
Kundens RFQ-dokument skal indeholde alle relevante oplysninger og krav til den nye UV-belægningsoperation som defineret i procesdiskussionerne. Dokumentet skal inkorporere de bedste praksisser, der er identificeret af UV-belægningsteknologivirksomheden, hvilket kan omfatte opvarmning af belægningen via et vandkappevarmesystem til pistolspidsen; opvarmning og omrøring af belægningsmaterialet; og vægte til måling af belægningsforbrug.
Fase 7. Kontinuerlig kommunikation
Kommunikationsmidlerne mellem kunden, UV-integratoren og UV-belægningsvirksomheden er afgørende og bør fremmes. Teknologi i dag gør det meget nemt at planlægge og deltage i regelmæssige Zoom-/konferenceopkald. Der burde ikke være nogen overraskelser, når UV-udstyret eller -systemet installeres.
Resultater opnået af rørproducent
Et kritisk område at overveje i ethvert UV-belægningsprojekt er de samlede omkostningsbesparelser. I dette tilfælde opnåede producenten besparelser på flere områder, herunder energiomkostninger, lønomkostninger og forbrugsvarer til belægninger.
Energiomkostninger – Mikrobølgeovnsdrevet UV vs. induktionsopvarmning
I typiske vandbaserede belægningssystemer er der behov for for- eller efteropvarmning af røret med induktion. Induktionsvarmere er dyre, bruger mange energier og kan have betydelige vedligeholdelsesproblemer. Derudover krævede den vandbaserede løsning et energiforbrug på 200 kW til induktionsvarmere sammenlignet med de 90 kW, der bruges af mikrobølge-UV-lamper.
Tabel 1. Omkostningsbesparelser på mere end 100 kW/time ved brug af et 10-lampers mikrobølge-UV-system vs. et induktionsvarmesystem
Som det fremgår af tabel 1, opnåede rørproducenten besparelser på mere end 100 kW i timen efter implementering af UV-belægningsteknologi, samtidig med at energiomkostningerne blev reduceret med mere end $71.000 om året.
Figur 3. Illustration af årlige besparelser på elomkostninger
Omkostningsbesparelserne for dette reducerede energiforbrug blev estimeret baseret på en estimeret elpris på 14,33 cent/kWh. Reduktionen af energiforbruget på 100 kW/time, beregnet over to vagter i 50 uger om året (fem dage om ugen, 20 timer pr. vagt), resulterer i en besparelse på 71.650 USD, som illustreret i figur 3.
Reduktion af arbejdsomkostninger – operatører og vedligeholdelse
I takt med at produktionsvirksomheder fortsætter med at evaluere deres lønomkostninger, tilbyder UV-processen unikke besparelser i forhold til operatør- og vedligeholdelsestimer. Med vandbaserede belægninger kan den våde belægning størkne nedstrøms på materialehåndteringsudstyret, som til sidst skal fjernes.
Produktionsanlæggets operatører brugte i alt 28 timer om ugen på at fjerne/rengøre den vandbaserede belægning fra det efterfølgende materialehåndteringsudstyr.
Ud over omkostningsbesparelserne (anslået 28 arbejdstimer x $36 [belastede omkostninger] i timen = $1.008,00 om ugen eller $50.400 om året) kan de fysiske arbejdskrav til operatørerne være frustrerende, tidskrævende og direkte farlige.
Kunden havde som mål at oprydde belægningen hvert kvartal, med lønomkostninger på 1.900 USD pr. kvartal plus afholdte omkostninger til fjernelse af belægning, i alt 2.500 USD. De samlede besparelser pr. år svarede til 10.000 USD.
Besparelser på overfladebehandling – vandbaseret vs. UV
Rørproduktionen hos kunden var 12.000 tons rør med en diameter på 9,625 tommer pr. måned. Sammenfattet svarer dette til cirka 570.000 lineære fødder / ~ 12.700 stykker. Påføringsprocessen for den nye UV-belægningsteknologi omfattede højvolumen-/lavtrykssprøjtepistoler med en typisk måltykkelse på 1,5 mil. Hærdning blev opnået ved hjælp af Heraeus UV-mikrobølgelamper. Besparelser i belægningsomkostninger og transport-/interne håndteringsomkostninger er opsummeret i tabel 2 og 3.
Tabel 2. Sammenligning af belægningsomkostninger – UV vs. vandbaserede belægninger pr. løbende fod
Tabel 3. Yderligere besparelser fra lavere transportomkostninger og reduceret materialehåndtering på stedet
Derudover kan der opnås yderligere besparelser på materiale- og lønomkostninger samt produktionseffektivitet.
UV-belægninger kan genbruges (vandbaserede belægninger er ikke), hvilket giver en effektivitet på mindst 96 %.
Operatører bruger mindre tid på rengøring og vedligeholdelse af påføringsudstyr, fordi UV-belægningen ikke tørrer, medmindre den udsættes for højintensiv UV-energi.
Produktionshastighederne er hurtigere, og kunden har potentiale til at øge produktionshastighederne fra 100 fod i minuttet til 150 fod i minuttet – en stigning på 50 %.
UV-procesudstyret har typisk en indbygget skyllecyklus, som spores og planlægges efter produktionstimer. Dette kan justeres efter kundens behov, hvilket resulterer i mindre arbejdskraft til systemoprydning.
I dette eksempel opnåede kunden en omkostningsbesparelse på 1.277.400 USD om året.
VOC-reduktion
Implementeringen af UV-belægningsteknologi reducerede også VOC'er, som det ses i figur 4.
Figur 4. Reduktion af VOC som følge af implementering af UV-belægning
Konklusion
UV-belægningsteknologi gør det muligt for rørproducenter stort set at eliminere VOC'er i deres belægningsprocesser, samtidig med at de leverer en bæredygtig fremstillingsproces, der forbedrer produktiviteten og den samlede produktydelse. UV-belægningssystemer medfører også betydelige omkostningsbesparelser. Som beskrevet i denne artikel oversteg kundens samlede besparelser $1.200.000 årligt, plus eliminering af over 154.000 lbs VOC-emissioner.
For mere information og adgang til ROI-beregnere, besøg www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. For yderligere procesforbedringer og et eksempel på en ROI-beregner, besøg www.uvebtechnology.com.
SIDEBJÆLKE
UV-belægningsproces Bæredygtighed / Miljømæssige fordele:
Ingen flygtige organiske forbindelser (VOC'er)
Ingen farlige luftforurenende stoffer (HAP'er)
Ikke-brandbar
Ingen opløsningsmidler, vand eller fyldstoffer
Ingen problemer med fugtighed eller temperaturproduktion
Samlede procesforbedringer, der tilbydes af UV-belægninger:
Høje produktionshastigheder på op til 800 til 900 fod i minuttet, afhængigt af produktets størrelse
Lille fysisk fodaftryk på mindre end 35 fod (lineær længde)
Minimalt igangværende arbejde
Tørrer øjeblikkeligt uden krav om efterhærdning
Ingen problemer med vådbelægning nedstrøms
Ingen justering af belægningen ved temperatur- eller fugtighedsproblemer
Ingen særlig håndtering/opbevaring under vagtskift, vedligeholdelse eller weekendnedlukninger
Reduktion af arbejdskraftomkostninger forbundet med operatører og vedligeholdelse
Mulighed for at genvinde oversprøjtning, genfiltrere og genintroducere i malingssystemet
Forbedret produktydelse med UV-belægninger:
Forbedrede resultater af fugtighedstest
Fantastiske resultater af salttågetest
Mulighed for at justere belægningsegenskaber og farve
Klarlakker, metalliclakker og farver tilgængelige
Lavere belægningsomkostninger pr. lineær fod som vist af ROI-beregneren:
Opslagstidspunkt: 14. dec. 2023
