af Michael Kelly, Allied PhotoChemical, og David Hagood, Finishing Technology Solutions
Forestil dig at være i stand til at eliminere næsten alle VOC'er (Volatile Organic Compounds) i rør- og rørfremstillingsprocessen, svarende til 10.000vis af pund VOC'er om året.Forestil dig også at producere ved højere hastigheder med mere gennemløb og færre omkostninger pr. del / lineær fod.
Bæredygtige fremstillingsprocesser er nøglen til at drive mod mere effektiv og optimeret fremstilling på det nordamerikanske marked.Bæredygtighed kan måles på flere forskellige måder:
VOC reduktion
Mindre energiforbrug
Optimeret arbejdskraft
Hurtigere produktionsoutput (mere med mindre)
Mere effektiv brug af kapital
Plus mange kombinationer af ovenstående
For nylig implementerede en førende rørproducent en ny strategi for sine belægningsoperationer.Producentens tidligere go-to-belægningsplatforme var vandbaserede, som er høje i VOC'er og tilfældigvis også er brandfarlige.Den bæredygtige belægningsplatform, der blev implementeret, var en 100 % faststof ultraviolet (UV) belægningsteknologi.I denne artikel opsummeres kundens indledende problem, UV-belægningsprocessen, overordnede procesforbedringer, omkostningsbesparelser og VOC-reduktion.
Belægningsoperationer i rørfremstilling
Producenten brugte en vandbaseret belægningsproces, der efterlod et rod, som vist på billeder 1a og 1b.Processen resulterede ikke kun i spildte belægningsmaterialer, den skabte også en fare på butiksgulvet, der øgede VOC-eksponering og brandfare.Derudover ønskede kunden en forbedret belægningsydelse sammenlignet med den nuværende vandbaserede belægningsoperation.
Mens mange industrieksperter direkte vil sammenligne vandbaserede belægninger med UV-belægninger, er dette ikke en realistisk sammenligning og kan være vildledende.Selve UV-belægningen er en delmængde af UV-belægningsprocessen.
Figur 1. Projektinddragelsesproces
UV er en proces
UV er en proces, der giver betydelige miljømæssige fordele, overordnede procesforbedringer, forbedret produktydelse og, ja, besparelser på belægningen pr. lineær fod.For at gennemføre et UV-belægningsprojekt med succes skal UV ses som en proces med tre hovedkomponenter – 1) kunden, 2) integratoren af UV-påførings- og hærdningsudstyret og 3) belægningsteknologipartneren.
Alle tre af disse er afgørende for en vellykket planlægning og implementering af et UV-belægningssystem.Så lad os tage et kig på den overordnede projektengagementproces (figur 1).I de fleste tilfælde ledes denne indsats af UV-belægningsteknologipartneren.
Nøglen til ethvert succesfuldt projekt er at have klart definerede engagementstrin, med indbygget fleksibilitet og evnen til at tilpasse sig forskellige typer kunder og deres applikationer.Disse syv engagementsfaser 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 engagementsfaser kan følges serielt, nogle kan forekomme på samme tid, eller de kan ombyttes, men alle skal gennemføres.Denne indbyggede fleksibilitet giver den største chance for succes for deltagerne.I nogle tilfælde kan det være bedst at engagere en UV-procesekspert som en ressource med værdifuld industrierfaring inden for alle former for coatingteknologi, men vigtigst af alt, stærk UV-proceserfaring.Denne ekspert kan navigere i alle spørgsmålene og fungere som en neutral ressource til korrekt og retfærdigt at evaluere belægningsteknologierne.
Fase 1. Overordnet procesdiskussion
Det er her, der udveksles indledende information om kundens nuværende proces, med en klar definition af det aktuelle layout og positive/negative klart defineret.I mange tilfælde bør en gensidig fortrolighedserklæring (NDA) være på plads.Derefter bør klart definerede procesforbedringsmål identificeres.Disse kan omfatte:
Bæredygtighed – VOC-reduktion
Arbejdskraftreduktion og optimering
Forbedret kvalitet
Øget linjehastighed
Gulvpladsreduktion
Gennemgang af energiomkostninger
Vedligeholdelse af belægningssystemet – reservedele mv.
Dernæst defineres specifikke målinger baseret på disse identificerede procesforbedringer.
Fase 2. Diskussion om afkast på investering (ROI).
Det er vigtigt at forstå ROI for projektet i de indledende faser.Selvom detaljeringsgraden ikke behøver at være det niveau, der vil være nødvendigt for projektgodkendelse, bør kunden have en klar oversigt over aktuelle omkostninger.Disse bør omfatte omkostninger pr. produkt, pr. lineær fod osv.;energiomkostninger;omkostninger til intellektuel ejendom (IP);kvalitetsomkostninger;operatør / vedligeholdelsesomkostninger;bæredygtighedsomkostninger;og kapitalomkostninger.(For adgang til ROI-beregnere, se slutningen af denne artikel.)
Fase 3. Produktspecifikationsdiskussion
Som med ethvert produkt, der fremstilles i dag, er de grundlæggende produktspecifikationer defineret i de indledende projektdiskussioner.Med hensyn til belægningsapplikationer har disse produktspecifikationer udviklet sig over tid for at opfylde produktionsbehovene og bliver typisk ikke opfyldt med kundens nuværende belægningsproces.Vi kalder det "i dag mod i morgen."Det er en balancegang mellem at forstå de nuværende produktspecifikationer (som måske ikke bliver opfyldt med den nuværende belægning) og at definere fremtidige behov, der er realistiske (hvilket altid er en balancegang).
Fase 4. Overordnede 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 ved eksisterende praksis.Dette er vigtigt for UV-systemintegratoren at forstå, så de ting, der går godt, og de ting, der ikke er, kan overvejes i designet af det nye UV-system.Det er her, UV-processen giver betydelige fordele, som kan omfatte øget belægningshastighed, reduceret gulvpladsbehov og temperatur- og fugtighedsreduktioner (se figur 2).Et fælles besøg på kundens produktionsanlæg kan varmt anbefales og giver gode rammer til at forstå kundens behov og krav.
Trin 5. Demonstration og prøvekørsler
Belægningsleverandørens faciliteter bør også besøges af kunden og UV-systemintegratoren for at give alle mulighed for at deltage i en simulering af kundens UV-belægningsproces.I løbet af denne tid vil mange nye ideer og forslag dukke op, efterhånden som følgende aktiviteter finder sted:
Simulering, prøver og test
Benchmark ved at teste konkurrencedygtige belægningsprodukter
Gennemgå bedste praksis
Gennemgå kvalitetscertificeringsprocedurer
Mød UV-integratorer
Udvikle en detaljeret handlingsplan fremover
Fase 6. RFQ / Samlet projektspecifikation
Kundens RFQ-dokument bør indeholde alle relevante oplysninger og krav til den nye UV-belægningsoperation som defineret i procesdiskussionerne.Dokumentet bør inkorporere den bedste praksis identificeret af UV-belægningsteknologifirmaet, hvilket kunne omfatte opvarmning af belægningen via et vandbeklædt varmesystem til pistolspidsen;totalisatoropvarmning og omrøring;og skalaer til måling af belægningsforbrug.
Fase 7. Kontinuerlig kommunikation
Kommunikationsmidlerne mellem kunde, UV-integrator og UV-belægningsvirksomhed er kritisk og bør tilskyndes.Teknologi i dag gør det meget bekvemt at planlægge og deltage i almindelige Zoom/konference-opkald.Der bør ikke være nogen overraskelser, når UV-udstyret eller -systemet installeres.
Resultater realiseret af rørproducenten
Et kritisk område at overveje i ethvert UV-belægningsprojekt er samlede omkostningsbesparelser.I dette tilfælde realiserede producenten besparelser på flere områder, herunder energiomkostninger, lønomkostninger og forbrugsstoffer til belægninger.
Energiomkostninger – Mikrobølgedrevet UV vs. induktionsopvarmning
I typiske vandbaserede belægningssystemer er der behov for præ- eller postinduktionsopvarmning af røret.Induktionsvarmer er dyre, højenergiforbrugere og kan have betydelige vedligeholdelsesproblemer.Derudover krævede den vandbaserede løsning et energiforbrug på 200 kw induktionsvarmer i forhold til de 90 kw, der bruges af mikrobølge-UV-lamper.
Tabel 1. Omkostningsbesparelser på mere end 100 kw / time ved at bruge et 10-lamps mikrobølge UV-system vs. et induktionsvarmesystem
Som det ses i tabel 1, realiserede 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 elomkostningsbesparelser
Omkostningsbesparelser for dette reducerede energiforbrug blev estimeret ud fra en estimeret elpris på 14,33 cent/kWh.Reduktionen af energiforbruget på 100 kw/time, beregnet over to skift i 50 uger om året (fem dage om ugen, 20 timer pr. skift), resulterer i en besparelse på 71.650 USD som illustreret i figur 3.
Reduktion af arbejdsomkostninger – operatører og vedligeholdelse
Da produktionsenheder fortsætter med at evaluere deres arbejdsomkostninger, giver UV-processen unikke besparelser i forhold til operatør- og vedligeholdelsesmandtimer.Med vandbaserede belægninger kan den våde belægning størkne nedstrøms på materialehåndteringsudstyret, som til sidst skal fjernes.
Produktionsfacilitetens operatører brugte i alt 28 timer om ugen på at fjerne/rengøre den vandbaserede belægning fra dets nedstrøms materialehåndteringsudstyr.
Ud over omkostningsbesparelserne (anslået 28 arbejdstimer x $36 [bebyrdede omkostninger] pr. time = $1.008,00 pr. uge eller $50.400 pr. år), kan de fysiske arbejdskrav for operatørerne være frustrerende, tidskrævende og direkte farlige.
Kunden målrettede belægningsoprydning for hvert kvartal med lønomkostninger på $1.900 pr. kvartal, plus omkostninger til fjernelse af belægning, for i alt $2.500.Den samlede besparelse om året svarede til $10.000.
Coatingbesparelser – vandbaseret vs. UV
Rørproduktionen på kundestedet var 12.000 tons om måneden af rør med en diameter på 9,625 tommer.På et sammenfattende grundlag svarer dette til cirka 570.000 lineære fod / ~ 12.700 stykker.Påføringsprocessen for den nye UV-belægningsteknologi omfattede højvolumen/lavtrykssprøjtepistoler med en typisk måltykkelse på 1,5 mils.Hærdning blev opnået ved brug 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. lineær fod
Tabel 3. Yderligere besparelser fra lavere indgående transportomkostninger og reduceret materialehåndtering på stedet
Derudover kan der realiseres yderligere materiale- og arbejdsomkostningsbesparelser og produktionseffektivitet.
UV-belægninger kan genanvendes (vandbaserede belægninger er ikke), hvilket giver mulighed for mindst 96 % effektivitet.
Operatører bruger mindre tid på at rengøre og vedligeholde påføringsudstyr, fordi UV-belægningen ikke tørrer, medmindre den udsættes for høj-intensitet 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 timers produktionskørsel.Dette kan justeres efter kundens behov, hvilket resulterer i, at der kræves mindre mandskab til systemoprydning.
I dette eksempel realiserede kunden en omkostningsbesparelse på $1.277.400 om året.
VOC reduktion
Implementeringen af UV-belægningsteknologi reducerede også VOC'er, som det ses i figur 4.
Figur 4. VOC-reduktion som følge af implementering af UV-belægning
Konklusion
UV-belægningsteknologi giver rørproducenten mulighed for praktisk talt at eliminere VOC'er i deres belægningsoperationer, samtidig med at de leverer en bæredygtig fremstillingsproces, der forbedrer produktiviteten og den samlede produktydelse.UV-belægningssystemer giver også betydelige omkostningsbesparelser.Som beskrevet i denne artikel oversteg kundens samlede besparelser $1.200.000 årligt, plus eliminerede over 154.000 lbs VOC-emissioner.
Besøg www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/ for mere information og adgang til ROI-beregnere.Besøg www.uvebtechnology.com for yderligere procesforbedringer og et eksempel på en ROI-beregner.
SIDEBAR
UV-belægningsproces Bæredygtighed / Miljømæssige fordele:
Ingen flygtige organiske forbindelser (VOC'er)
Ingen farlige luftforurenende stoffer (HAP'er)
Ikke-brændbar
Ingen opløsningsmidler, vand eller fyldstoffer
Ingen problemer med fugt eller temperaturproduktion
Overordnede procesforbedringer, der tilbydes af UV-belægninger:
Hurtige produktionshastigheder på op til 800 til 900 fod i minuttet, afhængigt af produktstørrelse
Lille fysisk fodaftryk på mindre end 35 fod (lineær længde)
Minimalt igangværende arbejde
Øjeblikkelig tørring uden krav til efterhærdning
Ingen problemer med nedstrøms våd belægning
Ingen belægningsjustering for temperatur- eller fugtproblemer
Ingen særlig håndtering/opbevaring under skift, vedligeholdelse eller weekendstop
Reduktion af personaleomkostninger forbundet med operatører og vedligeholdelse
Evne til at genvinde overspray, genfiltrere og genindføre i belægningssystemet
Forbedret produktydelse med UV-belægninger:
Forbedrede fugttestresultater
Store salttågetestresultater
Mulighed for at justere belægningsegenskaber og farve
Klare lak, metallic og farver tilgængelige
Lavere omkostninger pr. lineær fodbelægning som vist af ROI-beregneren:
Indlægstid: 14. december 2023
