av Michael Kelly, Allied PhotoChemical, og David Hagood, Finishing Technology Solutions
Tenk deg å kunne eliminere nesten alle VOC-er (flyktige organiske forbindelser) i produksjonsprosessen for rør, noe som tilsvarer 10 000 pund VOC per år. Tenk deg også å produsere med høyere hastigheter med høyere gjennomstrømning og lavere kostnad per del / lineær fot.
Bærekraftige produksjonsprosesser er nøkkelen til å drive frem mer effektiv og optimalisert produksjon i det nordamerikanske markedet. Bærekraft kan måles på en rekke måter:
VOC-reduksjon
Mindre energiforbruk
Optimalisert arbeidsstyrke
Raskere produksjonsproduksjon (mer med mindre)
Mer effektiv bruk av kapital
I tillegg mange kombinasjoner av de ovennevnte
Nylig implementerte en ledende rørprodusent en ny strategi for beleggsvirksomheten sin. Produsentens tidligere foretrukne beleggsplattformer var vannbaserte, som har et høyt innhold av flyktige organiske forbindelser (VOC) og tilfeldigvis også er brannfarlige. Den bærekraftige beleggsplattformen som ble implementert var en ultrafiolett (UV) beleggsteknologi med 100 % faststoff. I denne artikkelen oppsummeres kundens opprinnelige problem, UV-beleggsprosessen, generelle prosessforbedringer, kostnadsbesparelser og VOC-reduksjon.
Beleggoperasjoner i rørproduksjon
Produsenten brukte en vannbasert belegningsprosess som etterlot seg et rot, som vist på bilde 1a og 1b. Prosessen resulterte ikke bare i sløsing med belegningsmaterialer, den skapte også en fare på verkstedet som økte eksponeringen for flyktige organiske forbindelser (VOC) og brannfaren. I tillegg ønsket kunden forbedret belegningsytelse sammenlignet med dagens vannbaserte belegningsprosess.
Selv om mange bransjeeksperter vil sammenligne vannbaserte belegg direkte med UV-belegg, er ikke dette en realistisk sammenligning og kan være misvisende. Selve UV-belegget er en del av UV-beleggprosessen.
Figur 1. Prosjektengasjementsprosess
UV er en prosess
UV er en prosess som gir betydelige miljøfordeler, generelle prosessforbedringer, forbedret produktytelse og, ja, besparelser per lineær fot for belegg. For å kunne implementere et UV-beleggprosjekt med hell, må UV sees på som en prosess med tre hovedkomponenter – 1) kunden, 2) integratoren av UV-påførings- og herdeutstyret og 3) partneren for beleggteknologi.
Alle tre av disse er avgjørende for vellykket planlegging og implementering av et UV-beleggssystem. La oss derfor ta en titt på den overordnede prosjektengasjementsprosessen (figur 1). I de fleste tilfeller ledes denne innsatsen av partneren for UV-beleggteknologi.
Nøkkelen til ethvert vellykket prosjekt er å ha klart definerte engasjementstrinn, med innebygd fleksibilitet og evnen til å tilpasse seg ulike typer kunder og deres applikasjoner. Disse syv engasjementstrinnene er grunnlaget for et vellykket prosjektengasjement med kunden: 1) overordnet prosessdiskusjon; 2) diskusjon om avkastning på investeringen; 3) produktspesifikasjoner; 4) overordnet prosessspesifikasjon; 5) prøveforsøk; 6) tilbudsforespørsel / overordnet prosjektspesifikasjon; og 7) kontinuerlig kommunikasjon.
Disse engasjementsfasene kan følges serielt, noen kan forekomme samtidig, eller de kan byttes om, men alle må fullføres. Denne innebygde fleksibiliteten gir deltakerne størst sjanse for suksess. I noen tilfeller kan det være best å engasjere en UV-prosessekspert som en ressurs med verdifull bransjeerfaring innen alle former for beleggteknologi, men viktigst av alt, solid UV-prosesserfaring. Denne eksperten kan navigere i alle problemstillinger og fungere som en nøytral ressurs for å evaluere beleggteknologiene på en riktig og rettferdig måte.
Fase 1. Diskusjon av den overordnede prosessen
Det er her innledende informasjon utveksles angående kundens nåværende prosess, med en klar definisjon av nåværende layout og tydelig definerte positive/negative aspekter. I mange tilfeller bør en gjensidig taushetserklæring (NDA) være på plass. Deretter bør klart definerte mål for prosessforbedring identifiseres. Disse kan omfatte:
Bærekraft – VOC-reduksjon
Arbeidsreduksjon og optimalisering
Forbedret kvalitet
Økt linjehastighet
Reduksjon av gulvplass
Gjennomgang av energikostnader
Vedlikehold av beleggsystemet – reservedeler osv.
Deretter defineres spesifikke målinger basert på disse identifiserte prosessforbedringene.
Fase 2. Diskusjon om avkastning på investeringen (ROI)
Det er viktig å forstå avkastningen på investeringen (ROI) for prosjektet i de innledende fasene. Selv om detaljnivået ikke trenger å være det nivået som trengs for prosjektgodkjenning, bør kunden ha en klar oversikt over nåværende kostnader. Disse bør inkludere kostnad per produkt, per lineær fot osv.; energikostnader; kostnader for immaterielle rettigheter (IP); kvalitetskostnader; drifts-/vedlikeholdskostnader; bærekraftskostnader; og kapitalkostnader. (For tilgang til ROI-kalkulatorer, se slutten av denne artikkelen.)
Fase 3. Diskusjon av produktspesifikasjon
Som med alle produkter som produseres i dag, defineres grunnleggende produktspesifikasjoner i de innledende prosjektdiskusjonene. Når det gjelder beleggapplikasjoner, har disse produktspesifikasjonene utviklet seg over tid for å møte produksjonsbehovene, og de blir vanligvis ikke oppfylt med kundens nåværende beleggprosess. Vi kaller det «i dag vs. i morgen». Det er en balansegang mellom å forstå gjeldende produktspesifikasjoner (som kanskje ikke blir oppfylt med det nåværende belegget) og å definere fremtidige behov som er realistiske (noe som alltid er en balansegang).
Fase 4. Overordnede prosessspesifikasjoner
Figur 2. Prosessforbedringer tilgjengelig ved overgang fra en vannbasert beleggprosess til en UV-beleggprosess
Kunden bør forstå og definere den nåværende prosessen fullt ut, sammen med de positive og negative sidene ved eksisterende praksis. Dette er viktig for UV-systemintegratoren å forstå, slik at de tingene som går bra og de tingene som ikke går, kan vurderes i utformingen av det nye UV-systemet. Det er her UV-prosessen gir betydelige fordeler, som kan inkludere økt belegghastighet, redusert gulvplassbehov og reduksjoner i temperatur og fuktighet (se figur 2). Et felles besøk til kundens produksjonsanlegg anbefales på det sterkeste og gir et godt rammeverk for å forstå kundens behov og krav.
Fase 5. Demonstrasjon og prøvekjøring
Kunden og UV-systemintegratoren bør også besøke leverandøren av belegg, slik at alle kan delta i en simulering av kundens UV-beleggprosess. I løpet av denne tiden vil mange nye ideer og forslag dukke opp etter hvert som følgende aktiviteter finner sted:
Simulering, prøver og testing
Benchmark ved å teste konkurrerende beleggprodukter
Gjennomgå beste praksis
Gjennomgå prosedyrer for kvalitetssertifisering
Møt UV-integratorer
Utvikle en detaljert handlingsplan fremover
Fase 6. Anbudsforespørsel / Overordnet prosjektspesifikasjon
Kundens tilbudsdokument bør inneholde all relevant informasjon og krav for den nye UV-beleggoperasjonen som definert i prosessdiskusjonene. Dokumentet bør innlemme beste praksis identifisert av UV-beleggteknologiselskapet, som kan inkludere oppvarming av belegget via et vannkappet varmesystem til pistolspissen; oppvarming og omrøring av belegget; og vekter for måling av beleggforbruk.
Fase 7. Kontinuerlig kommunikasjon
Kommunikasjonsmidlene mellom kunden, UV-integratoren og UV-beleggsfirmaet er kritiske og bør oppmuntres. Dagens teknologi gjør det veldig enkelt å planlegge og delta i regelmessige Zoom-/konferansesamtaler. Det skal ikke være noen overraskelser når UV-utstyret eller -systemet installeres.
Resultater oppnådd av rørprodusent
Et kritisk område å vurdere i ethvert UV-beleggprosjekt er generelle kostnadsbesparelser. I dette tilfellet oppnådde produsenten besparelser på flere områder, inkludert energikostnader, lønnskostnader og forbruksvarer til belegg.
Energikostnader – Mikrobølgeovnsdrevet UV vs. induksjonsoppvarming
I typiske vannbaserte beleggsystemer er det behov for for- eller etteroppvarming av røret med induksjon. Induksjonsvarmere er dyre, bruker mye energi og kan ha betydelige vedlikeholdsproblemer. I tillegg krevde den vannbaserte løsningen et energiforbruk på 200 kW for induksjonsvarmeren, sammenlignet med de 90 kW som brukes av mikrobølge-UV-lamper.
Tabell 1. Kostnadsbesparelser på mer enn 100 kW/time ved bruk av et mikrobølge-UV-system med 10 lamper kontra et induksjonsvarmesystem
Som vist i tabell 1, oppnådde rørprodusenten besparelser på mer enn 100 kW per time etter implementering av UV-beleggteknologi, samtidig som energikostnadene ble redusert med mer enn 71 000 dollar per år.
Figur 3. Illustrasjon av årlige besparelser i strømkostnader
Kostnadsbesparelsene for dette reduserte energiforbruket ble estimert basert på en estimert strømkostnad på 14,33 cent/kWh. Reduksjonen i energiforbruk på 100 kW/time, beregnet over to skift i 50 uker per år (fem dager per uke, 20 timer per skift), resulterer i en besparelse på 71 650 dollar, som illustrert i figur 3.
Reduksjon av lønnskostnader – operatører og vedlikehold
Etter hvert som produksjonsenheter fortsetter å evaluere lønnskostnadene sine, tilbyr UV-prosessen unike besparelser knyttet til operatør- og vedlikeholdstimer. Med vannbaserte belegg kan det våte belegget størkne nedstrøms på materialhåndteringsutstyret, som til slutt må fjernes.
Operatørene ved produksjonsanlegget brukte totalt 28 timer per uke på å fjerne/rengjøre det vannbaserte belegget fra materialhåndteringsutstyret nedstrøms.
I tillegg til kostnadsbesparelsene (anslagsvis 28 arbeidstimer x $36 [belastet kostnad] per time = $1 008,00 per uke eller $50 400 per år), kan de fysiske arbeidskravene for operatørene være frustrerende, tidkrevende og direkte farlige.
Kunden siktet seg inn på opprydding av belegg for hvert kvartal, med lønnskostnader på 1900 dollar per kvartal, pluss påløpte kostnader for fjerning av belegg, totalt 2500 dollar. Totale besparelser per år tilsvarte 10 000 dollar.
Besparelser på belegg – vannbasert vs. UV
Rørproduksjonen hos kunden var 12 000 tonn per måned med rør med en diameter på 9,625 tommer. Oppsummert tilsvarer dette omtrent 570 000 lineære fot / ~ 12 700 stykker. Påføringsprosessen for den nye UV-beleggteknologien inkluderte høyvolum-/lavtrykkssprøytepistoler med en typisk måltykkelse på 1,5 mil. Herding ble oppnådd ved bruk av Heraeus UV-mikrobølgelamper. Besparelser i beleggkostnader og transport-/interne håndteringskostnader er oppsummert i tabell 2 og 3.
Tabell 2. Sammenligning av beleggkostnader – UV vs. vannbaserte belegg per lineær fot
Tabell 3. Ytterligere besparelser fra lavere innkommende transportkostnader og redusert materialhåndtering på stedet
I tillegg kan man oppnå ytterligere besparelser på material- og lønnskostnader og produksjonseffektivitet.
UV-belegg kan gjenvinnes (vannbaserte belegg er ikke det), noe som gir en effektivitet på minst 96 %.
Operatører bruker mindre tid på rengjøring og vedlikehold av påføringsutstyr fordi UV-belegget ikke tørker med mindre det utsettes for høyintensiv UV-energi.
Produksjonshastighetene er raskere, og kunden har potensial til å øke produksjonshastighetene fra 100 fot per minutt til 150 fot per minutt – en økning på 50 %.
UV-prosessutstyret har vanligvis en innebygd spylesyklus, som spores og planlegges etter produksjonstimer. Dette kan justeres i henhold til kundens behov, noe som resulterer i mindre arbeidskraft som trengs for systemopprydding.
I dette eksemplet oppnådde kunden en kostnadsbesparelse på 1 277 400 dollar per år.
VOC-reduksjon
Implementeringen av UV-beleggteknologi reduserte også flyktige organiske forbindelser, som vist i figur 4.
Figur 4. VOC-reduksjon som følge av implementering av UV-belegg
Konklusjon
UV-beleggteknologi lar rørprodusenter praktisk talt eliminere VOC-er i beleggoperasjonene sine, samtidig som de leverer en bærekraftig produksjonsprosess som forbedrer produktiviteten og den generelle produktets ytelse. UV-beleggsystemer gir også betydelige kostnadsbesparelser. Som beskrevet i denne artikkelen, oversteg kundens totale besparelser 1 200 000 dollar årlig, pluss at de eliminerte over 154 000 pund VOC-utslipp.
For mer informasjon og tilgang til ROI-kalkulatorer, besøk www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. For ytterligere prosessforbedringer og et eksempel på en ROI-kalkulator, besøk www.uvebtechnology.com.
SIDEFELTE
UV-beleggprosess bærekraft / miljøfordeler:
Ingen flyktige organiske forbindelser (VOC)
Ingen farlige luftforurensninger (HAP-er)
Ikke-brennbar
Ingen løsemidler, vann eller fyllstoffer
Ingen problemer med fuktighet eller temperaturproduksjon
Generelle prosessforbedringer som tilbys av UV-belegg:
Raske produksjonshastigheter på opptil 800 til 900 fot per minutt, avhengig av produktstørrelse
Lite fysisk fotavtrykk på mindre enn 35 fot (lineær lengde)
Minimalt med arbeid under arbeid
Tørker umiddelbart uten behov for etterherding
Ingen problemer med våtbelegg nedstrøms
Ingen justering av belegg for temperatur- eller fuktighetsproblemer
Ingen spesiell håndtering/lagring under skiftbytter, vedlikehold eller helgeavstengninger
Reduksjon i bemanningskostnader knyttet til operatører og vedlikehold
Mulighet for å gjenvinne oversprøyting, filtrere på nytt og gjeninnføre i malingssystemet
Forbedret produktytelse med UV-belegg:
Forbedrede resultater for fuktighetstesting
Flotte resultater av salttåketesting
Mulighet for å justere beleggegenskaper og farge
Klarlakker, metalliclakker og farger tilgjengelig
Lavere beleggkostnader per lineær fot som vist av ROI-kalkulatoren:
Publisert: 14. desember 2023
