av Michael Kelly, Allied PhotoChemical, och David Hagood, Finishing Technology Solutions
Tänk dig att kunna eliminera nästan alla VOC (flyktiga organiska föreningar) i rörtillverkningsprocessen, vilket motsvarar 10 000-tals pund VOC per år. Tänk dig också att producera med högre hastigheter med högre genomströmning och lägre kostnad per del/linjär fot.
Hållbara tillverkningsprocesser är nyckeln till att driva mot effektivare och optimeradere tillverkning på den nordamerikanska marknaden. Hållbarhet kan mätas på en mängd olika sätt:
VOC-reduktion
Mindre energiförbrukning
Optimerad arbetsstyrka
Snabbare tillverkningsproduktion (mer med mindre)
Effektivare kapitalanvändning
Plus många kombinationer av ovanstående
Nyligen implementerade en ledande rörtillverkare en ny strategi för sin beläggningsverksamhet. Tillverkarens tidigare plattformar för beläggning var vattenbaserade, vilka har en hög halt av flyktiga organiska föreningar (VOC) och råkar vara brandfarliga. Den hållbara beläggningsplattformen som implementerades var en ultraviolett (UV) beläggningsteknik med 100 % fasta ämnen. I den här artikeln sammanfattas kundens ursprungliga problem, UV-beläggningsprocessen, övergripande processförbättringar, kostnadsbesparingar och VOC-reduktion.
Beläggningsoperationer inom rörtillverkning
Tillverkaren använde en vattenbaserad beläggningsprocess som lämnade efter sig en röra, vilket visas i bilderna 1a och 1b. Processen resulterade inte bara i slöseri med beläggningsmaterial, utan skapade också en risk på verkstadsgolvet som ökade exponeringen för flyktiga organiska föreningar (VOC) och brandrisken. Dessutom ville kunden ha förbättrad beläggningsprestanda jämfört med den nuvarande vattenbaserade beläggningsprocessen.
Även om många branschexperter direkt jämför vattenbaserade ytbehandlingar med UV-ytbehandlingar, är detta inte en realistisk jämförelse och kan vara missvisande. Själva UV-ytbehandlingen är en delmängd av UV-ytbehandlingsprocessen.
Figur 1. Projektengagemangsprocess
UV är en process
UV är en process som erbjuder betydande miljöfördelar, övergripande processförbättringar, förbättrad produktprestanda och, ja, besparingar per linjär fot för beläggning. För att framgångsrikt kunna implementera ett UV-beläggningsprojekt måste UV ses som en process med tre huvudkomponenter – 1) kunden, 2) integratören av UV-applikations- och härdningsutrustning och 3) beläggningsteknikpartnern.
Alla tre av dessa är avgörande för framgångsrik planering och implementering av ett UV-beläggningssystem. Låt oss därför ta en titt på den övergripande projektengagemangsprocessen (Figur 1). I de flesta fall leds detta arbete av UV-beläggningsteknikpartnern.
Nyckeln till ett framgångsrikt projekt är tydligt definierade engagemangssteg, med inbyggd flexibilitet och förmågan att anpassa sig till olika typer av kunder och deras tillämpningar. Dessa sju engagemangssteg är grunden för ett framgångsrikt projektengagemang med kunden: 1) övergripande processdiskussion; 2) diskussion om avkastning på investeringen (ROI); 3) produktspecifikationer; 4) övergripande processspecifikation; 5) provtester; 6) offertförfrågan/övergripande projektspecifikation; och 7) fortsatt kommunikation.
Dessa engagemangssteg kan följas i tur och ordning, vissa kan ske samtidigt eller så kan de bytas ut, men alla måste slutföras. Denna inbyggda flexibilitet ger deltagarna högsta chans till framgång. I vissa fall kan det vara bäst att anlita en UV-processexpert som en resurs med värdefull branscherfarenhet inom alla former av beläggningsteknik, men viktigast av allt, gedigen erfarenhet av UV-processer. Denna expert kan navigera i alla problem och fungera som en neutral resurs för att korrekt och rättvist utvärdera beläggningsteknikerna.
Steg 1. Övergripande processdiskussion
Det är här initial information utbyts gällande kundens nuvarande process, med en tydlig definition av nuvarande layout och tydligt definierade positiva/negativa aspekter. I många fall bör ett ömsesidigt sekretessavtal (NDA) finnas på plats. Därefter bör tydligt definierade mål för processförbättring identifieras. Dessa kan inkludera:
Hållbarhet – VOC-reduktion
Arbetsreduktion och optimering
Förbättrad kvalitet
Ökad linjehastighet
Golvutrymmesreduktion
Översyn av energikostnader
Underhållbarhet av beläggningssystemet – reservdelar etc.
Därefter definieras specifika mätvärden baserat på dessa identifierade processförbättringar.
Steg 2. Diskussion om avkastning på investeringen (ROI)
Det är viktigt att förstå projektets avkastning på investeringen (ROI) i de inledande skedena. Även om detaljnivån inte behöver vara den som krävs för projektgodkännande, bör kunden ha en tydlig översikt över aktuella kostnader. Dessa bör inkludera kostnad per produkt, per linjär fot etc.; energikostnader; kostnader för immateriella rättigheter (IP); kvalitetskostnader; operatörs-/underhållskostnader; hållbarhetskostnader; och kapitalkostnader. (För åtkomst till ROI-kalkylatorer, se slutet av den här artikeln.)
Steg 3. Diskussion om produktspecifikation
Precis som med alla produkter som tillverkas idag definieras grundläggande produktspecifikationer i de inledande projektdiskussionerna. När det gäller beläggningstillämpningar har dessa produktspecifikationer utvecklats över tid för att möta produktionsbehoven och uppfylls vanligtvis inte av kundens nuvarande beläggningsprocess. Vi kallar det "idag kontra imorgon". Det är en balansgång mellan att förstå de nuvarande produktspecifikationerna (som kanske inte uppfylls av den nuvarande beläggningen) och att definiera framtida behov som är realistiska (vilket alltid är en balansgång).
Steg 4. Övergripande processspecifikationer
Figur 2. Tillgängliga processförbättringar vid övergång från en vattenbaserad beläggningsprocess till en UV-beläggningsprocess
Kunden bör fullt ut förstå och definiera den nuvarande processen, tillsammans med de positiva och negativa aspekterna av befintliga metoder. Detta är viktigt för UV-systemintegratören att förstå, så att de saker som går bra och de saker som inte går kan beaktas vid utformningen av det nya UV-systemet. Det är här UV-processen erbjuder betydande fördelar, som kan inkludera ökad beläggningshastighet, minskat golvytebehov och minskad temperatur och fuktighet (se figur 2). Ett gemensamt besök på kundens tillverkningsanläggning rekommenderas starkt och ger en bra ram för att förstå kundens behov och krav.
Steg 5. Demonstration och provkörningar
Kunden och UV-systemintegratören bör också besöka beläggningsleverantörens anläggning för att alla ska kunna delta i en simulering av kundens UV-beläggningsprocess. Under denna tid kommer många nya idéer och förslag att dyka upp i takt med att följande aktiviteter äger rum:
Simulering, prover och testning
Jämför genom att testa konkurrerande beläggningsprodukter
Granska bästa praxis
Granska kvalitetscertifieringsrutiner
Möt UV-integratörer
Utveckla en detaljerad handlingsplan framöver
Steg 6. Anbudsförfrågan / Övergripande projektspecifikation
Kundens offertförfrågan bör innehålla all relevant information och krav för den nya UV-beläggningsoperationen enligt definitionen i processdiskussionerna. Dokumentet bör införliva de bästa metoder som identifierats av UV-beläggningsteknikföretaget, vilket kan inkludera uppvärmning av beläggningen via ett vattenmantelsystem till pistolspetsen; uppvärmning och omrörning av beläggningen; och vågar för att mäta beläggningsförbrukningen.
Steg 7. Kontinuerlig kommunikation
Kommunikationssätten mellan kund, UV-integratör och UV-beläggningsföretag är avgörande och bör uppmuntras. Dagens teknik gör det mycket enkelt att schemalägga och delta i regelbundna Zoom-/konferenssamtal. Det borde inte finnas några överraskningar när UV-utrustningen eller -systemet installeras.
Resultat uppnådda av rörtillverkare
Ett viktigt område att beakta i alla UV-beläggningsprojekt är totala kostnadsbesparingar. I det här fallet realiserade tillverkaren besparingar inom flera områden, inklusive energikostnader, arbetskostnader och förbrukningsvaror för beläggningar.
Energikostnader – Mikrovågsdriven UV-värme kontra induktionsvärme
I typiska vattenbaserade beläggningssystem finns det ett behov av för- eller efterinduktionsuppvärmning av röret. Induktionsvärmare är dyra, förbrukar mycket energi och kan ha betydande underhållsproblem. Dessutom krävde den vattenbaserade lösningen en energiförbrukning på 200 kW för induktionsvärmare jämfört med de 90 kW som används av mikrovågs-UV-lampor.
Tabell 1. Kostnadsbesparingar på mer än 100 kW/timme genom att använda ett mikrovågs-UV-system med 10 lampor jämfört med ett induktionsvärmesystem.
Som framgår av tabell 1 realiserade rörtillverkaren besparingar på mer än 100 kW per timme efter att ha implementerat UV-beläggningsteknik, samtidigt som energikostnaderna minskade med mer än 71 000 dollar per år.
Figur 3. Illustration av årliga elkostnadsbesparingar
Kostnadsbesparingarna för denna minskade energiförbrukning uppskattades baserat på en uppskattad elkostnad på 14,33 cent/kWh. Minskningen av energiförbrukningen med 100 kW/timme, beräknad över två skift i 50 veckor per år (fem dagar per vecka, 20 timmar per skift), resulterar i en besparing på 71 650 USD, vilket illustreras i figur 3.
Minskning av arbetskraftskostnader – operatörer och underhåll
I takt med att tillverkningsföretag fortsätter att utvärdera sina arbetskraftskostnader erbjuder UV-processen unika besparingar avseende operatörs- och underhållsarbetstimmar. Med vattenbaserade beläggningar kan den våta beläggningen stelna nedströms på materialhanteringsutrustningen, vilken så småningom måste tas bort.
Tillverkningsanläggningens operatörer lade totalt 28 timmar per vecka på att ta bort/rengöra den vattenbaserade beläggningen från dess materialhanteringsutrustning efter leverans.
Utöver kostnadsbesparingarna (uppskattningsvis 28 arbetstimmar x 36 USD [belastade kostnader] per timme = 1 008,00 USD per vecka eller 50 400 USD per år) kan de fysiska arbetskraven för operatörerna vara frustrerande, tidskrävande och rentav farliga.
Kunden siktade på rengöring av beläggningen varje kvartal, med arbetskostnader på 1 900 dollar per kvartal, plus kostnader för borttagning av beläggning, totalt 2 500 dollar. De totala besparingarna per år motsvarade 10 000 dollar.
Besparingar på ytbehandling – Vattenbaserad kontra UV
Rörproduktionen hos kunden var 12 000 ton per månad av rör med en diameter på 9,625 tum. Sammanfattningsvis motsvarar detta cirka 570 000 linjära fot / ~ 12 700 stycken. Appliceringsprocessen för den nya UV-beläggningstekniken inkluderade högvolym-/lågtryckssprutpistoler med en typisk måltjocklek på 1,5 mil. Härdning åstadkoms med hjälp av Heraeus UV-mikrovågslampor. Besparingar i beläggningskostnader och transport-/interna hanteringskostnader sammanfattas i tabell 2 och 3.
Tabell 2. Jämförelse av beläggningskostnader – UV- kontra vattenbaserade beläggningar per linjär fot
Tabell 3. Ytterligare besparingar från lägre inkommande transportkostnader och minskad materialhantering på plats
Dessutom kan ytterligare material- och arbetskostnadsbesparingar samt produktionseffektivitet realiseras.
UV-beläggningar är återvinningsbara (vattenbaserade beläggningar är inte det), vilket möjliggör en effektivitet på minst 96 %.
Operatörer lägger mindre tid på att rengöra och underhålla appliceringsutrustning eftersom UV-beläggningen inte torkar om den inte utsätts för högintensiv UV-energi.
Produktionshastigheterna är snabbare, och kunden har potential att öka produktionshastigheterna från 100 fot per minut till 150 fot per minut – en ökning med 50 %.
UV-processutrustningen har vanligtvis en inbyggd spolningscykel som spåras och schemaläggs efter produktionstimmar. Denna kan justeras efter kundens behov, vilket resulterar i mindre arbetskraft som behövs för systemrengöring.
I det här exemplet realiserade kunden en kostnadsbesparing på 1 277 400 dollar per år.
VOC-reduktion
Implementeringen av UV-beläggningsteknik minskade också VOC:er, vilket framgår av figur 4.
Figur 4. VOC-reduktion till följd av implementering av UV-beläggning
Slutsats
UV-beläggningsteknik gör det möjligt för rörtillverkare att praktiskt taget eliminera VOC i sina beläggningsprocesser, samtidigt som de levererar en hållbar tillverkningsprocess som förbättrar produktiviteten och produktens övergripande prestanda. UV-beläggningssystem ger också betydande kostnadsbesparingar. Som beskrivs i den här artikeln översteg kundens totala besparingar 1 200 000 dollar årligen, plus att över 74 000 kg VOC-utsläpp eliminerades.
För mer information och för att få tillgång till ROI-kalkylatorer, besök www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. För ytterligare processförbättringar och ett exempel på en ROI-kalkylator, besök www.uvebtechnology.com.
SIDOFEL
UV-beläggningsprocessens hållbarhet / miljöfördelar:
Inga flyktiga organiska föreningar (VOC)
Inga farliga luftföroreningar (HAP)
Icke-brandfarlig
Inga lösningsmedel, vatten eller fyllnadsmedel
Inga problem med luftfuktighet eller temperaturproduktion
Övergripande processförbättringar som erbjuds av UV-beläggningar:
Snabba produktionshastigheter på uppåt 800 till 900 fot per minut, beroende på produktstorlek
Litet fysiskt fotavtryck på mindre än 35 fot (linjär längd)
Minimalt antal pågående arbeten
Torkar omedelbart utan krav på efterhärdning
Inga problem med våtbeläggning nedströms
Ingen justering av beläggningen för temperatur- eller fuktighetsproblem
Ingen särskild hantering/förvaring vid skiftbyten, underhåll eller stopp på helgerna
Minskade personalkostnader för operatörer och underhåll
Möjlighet att återvinna översprutning, filtrera om och återinföra i beläggningssystemet
Förbättrad produktprestanda med UV-beläggningar:
Förbättrade resultat för fuktighetstestning
Fantastiska resultat av saltdimmatestning
Möjlighet att justera beläggningsegenskaper och färg
Klarlacker, metalliclacker och färger tillgängliga
Lägre beläggningskostnader per linjär fot enligt ROI-kalkylatorn:
Publiceringstid: 14 december 2023
