av Michael Kelly, Allied PhotoChemical, och David Hagood, Finishing Technology Solutions
Föreställ dig att kunna eliminera nästan alla flyktiga organiska föreningar (Volatile Organic Compounds) i rörtillverkningsprocessen, vilket motsvarar 10 000 pounds av VOC per år.Föreställ dig också att producera i högre hastigheter med mer genomströmning och mindre kostnad per del / linjär fot.
Hållbara tillverkningsprocesser är nyckeln till att driva mot mer effektiv och optimerad tillverkning på den nordamerikanska marknaden.Hållbarhet kan mätas på flera olika sätt:
VOC-reduktion
Mindre energianvändning
Optimerad arbetskraft
Snabbare tillverkning (mer med mindre)
Effektivare användning av kapital
Dessutom många kombinationer av ovanstående
Nyligen implementerade en ledande rörtillverkare en ny strategi för sin beläggningsverksamhet.Tillverkarens tidigare bästa beläggningsplattformar var vattenbaserade, som är höga i VOC och råkar vara brandfarliga också.Den hållbara beläggningsplattformen som implementerades var en ultraviolett (UV) beläggningsteknik med 100 % fasta ämnen.I den här artikeln sammanfattas kundens initiala problem, UV-beläggningsprocessen, övergripande processförbättringar, kostnadsbesparingar och VOC-reduktion.
Beläggningsverksamhet inom rörtillverkning
Tillverkaren använde en vattenbaserad beläggningsprocess som lämnade efter sig en röra, som visas på bilderna 1a och 1b.Processen resulterade inte bara i slöseri med beläggningsmaterial, den skapade också en risk på verkstadsgolvet som ökade VOC-exponeringen och brandfaran.Dessutom ville kunden ha en förbättrad beläggningsprestanda jämfört med den nuvarande vattenbaserade beläggningsoperationen.
Även om många branschexperter direkt jämför vattenbaserade beläggningar med UV-beläggningar, är detta inte en realistisk jämförelse och kan vara missvisande.Den faktiska UV-beläggningen är en delmängd av UV-beläggningsprocessen.
Figur 1. Projektengagemangsprocess
UV är en process
UV är en process som erbjuder betydande miljöfördelar, övergripande processförbättringar, förbättrad produktprestanda och, ja, besparingar per linjär fotbeläggning.För att framgångsrikt genomföra ett UV-beläggningsprojekt måste UV ses som en process med tre huvudkomponenter – 1) kunden, 2) UV-applicerings- och härdningsutrustningens integratör och 3) beläggningsteknikpartnern.
Alla dessa tre är avgörande för framgångsrik planering och implementering av ett UV-beläggningssystem.Så låt oss ta en titt på den övergripande processen för projektets engagemang (Figur 1).I de flesta fall leds denna ansträngning av UV-beläggningsteknikpartnern.
Nyckeln till varje framgångsrikt projekt är att ha tydligt definierade engagemangssteg, med inbyggd flexibilitet och förmåga att anpassa sig till olika typer av kunder och deras applikationer.Dessa sju engagemangsstadier är grunden för ett framgångsrikt projektengagemang med kunden: 1) övergripande processdiskussion;2) ROI diskussion;3) produktspecifikationer;4) övergripande processspecifikation;5) provförsök;6) RFQ / övergripande projektspecifikation;och 7) fortsatt kommunikation.
Dessa engagemangsstadier kan följas i serie, vissa kan inträffa samtidigt eller de kan bytas ut, men alla måste slutföras.Denna inbyggda flexibilitet ger den största chansen att lyckas för deltagarna.I vissa fall kan det vara bäst att anlita en UV-processexpert som en resurs med värdefull industrierfarenhet inom alla former av beläggningsteknik, men viktigast av allt, stark UV-processerfarenhet.Denna expert kan navigera i alla frågor och fungera som en neutral resurs för att korrekt och rättvist utvärdera beläggningsteknikerna.
Steg 1. Övergripande processdiskussion
Det är där initial information utbyts om kundens nuvarande process, med en tydlig definition av nuvarande layout och positiva/negativa tydligt definierade.I många fall bör ett ömsesidigt sekretessavtal (NDA) finnas på plats.Sedan bör tydligt definierade processförbättringsmål identifieras.Dessa kan inkludera:
Hållbarhet – VOC-reduktion
Arbetskraftsminskning och optimering
Förbättrad kvalitet
Ökad linjehastighet
Reducering av golvyta
Genomgång av energikostnader
Underhållbarhet av beläggningssystemet – reservdelar etc.
Därefter definieras specifika mått baserat på dessa identifierade processförbättringar.
Steg 2. Diskussion om avkastning på investeringar (ROI).
Det är viktigt att förstå ROI för projektet i de inledande stadierna.Även om detaljnivån inte behöver vara den nivå som kommer att behövas för projektgodkännande, bör kunden ha en tydlig översikt över nuvarande kostnader.Dessa bör inkludera kostnad per produkt, per linjär fot, etc.;energikostnader;kostnader för immateriella rättigheter;kvalitetskostnader;operatörs-/underhållskostnader;hållbarhetskostnader;och kapitalkostnad.(För tillgång till ROI-kalkylatorer, se slutet av den här artikeln.)
Steg 3. Produktspecifikationsdiskussion
Som med alla produkter som tillverkas idag, definieras grundläggande produktspecifikationer i de inledande projektdiskussionerna.När det gäller beläggningstillämpningar har dessa produktspecifikationer utvecklats över tiden för att möta produktionsbehoven och tillgodoses vanligtvis inte med kundens nuvarande beläggningsprocess.Vi kallar det "idag mot imorgon."Det är en balansgång mellan att förstå de nuvarande produktspecifikationerna (som kanske inte uppfylls med den nuvarande beläggningen) och att definiera framtida behov som är realistiska (vilket alltid är en balansgång).
Steg 4. Övergripande processspecifikationer
Figur 2. Processförbättringar tillgängliga vid övergång från en vattenbaserad beläggningsprocess till en UV-beläggningsprocess
Kunden bör till fullo förstå och definiera den nuvarande processen, tillsammans med det positiva och negativa med befintliga metoder.Detta är viktigt för UV-systemintegratören att förstå, så de saker som går bra och de saker som inte är det kan beaktas i designen av det nya UV-systemet.Det är här UV-processen erbjuder betydande fördelar som kan inkludera ökad beläggningshastighet, minskat golvutrymmesbehov och temperatur- och luftfuktighetsminskningar (se figur 2).Ett gemensamt besök på kundens tillverkningsanläggning rekommenderas varmt och ger en bra ram för att förstå kundens behov och krav.
Steg 5. Demonstration och provkörningar
Beläggningsleverantörens anläggning bör också besökas av kunden och UV-systemintegratören 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 när följande aktiviteter äger rum:
Simulering, prover och testning
Benchmark genom att testa konkurrenskraftiga beläggningsprodukter
Granska bästa praxis
Granska rutiner för kvalitetscertifiering
Möt UV-integratörer
Utveckla en detaljerad handlingsplan framåt
Steg 6. RFQ / Övergripande projektspecifikation
Kundens RFQ-dokument bör innehålla all relevant information och krav för den nya UV-beläggningsoperationen enligt definitionen i processdiskussionerna.Dokumentet bör innehålla de bästa praxis som identifierats av UV-beläggningsteknikföretaget, vilket kan inkludera uppvärmning av beläggningen via ett vattenmantlat värmesystem till pistolspetsen;vätskeuppvärmning och omrörning;och vågar för mätning av beläggningsförbrukning.
Steg 7. Kontinuerlig kommunikation
Kommunikationssätten mellan kund, UV-integratör och UV-beläggningsföretag är avgörande och bör uppmuntras.Tekniken idag gör det mycket bekvämt att schemalägga och delta i vanliga Zoom-/konferenssamtal.Det ska inte finnas några överraskningar när UV-utrustningen eller UV-systemet installeras.
Resultat realiserade av rörtillverkaren
Ett kritiskt område att överväga i alla UV-beläggningsprojekt är totala kostnadsbesparingar.I det här fallet realiserade tillverkaren besparingar på flera områden, inklusive energikostnader, arbetskostnader och förbrukningsvaror för beläggningar.
Energikostnader – Mikrovågsdriven UV vs. induktionsuppvärmning
I typiska vattenbaserade beläggningssystem finns det ett behov av för- eller efterinduktionsuppvärmning av röret.Induktionsvärmare är dyra, högenergikonsumenter och kan ha betydande underhållsproblem.Dessutom krävde den vattenbaserade lösningen 200 kW induktionsvärmares energianvändning jämfört med de 90 kW som används av mikrovågs UV-lampor.
Tabell 1. Kostnadsbesparingar på mer än 100 kw/timme genom att använda ett 10-lamps mikrovågs UV-system 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 USD per år.
Figur 3. Illustration av årliga elkostnadsbesparingar
Kostnadsbesparingarna för denna minskade energiförbrukning uppskattades utifrån en uppskattad elkostnad på 14,33 cent/kWh.Minskningen av energiförbrukningen med 100 kW/timme, beräknad över två skift under 50 veckor per år (fem dagar i veckan, 20 timmar per skift), resulterar i en besparing på 71 650 USD som illustreras i figur 3.
Minskad arbetskostnad – operatörer och underhåll
När tillverkande enheter fortsätter att utvärdera sina arbetskostnader, erbjuder UV-processen unika besparingar som hänför sig till operatörs- och underhållsmantimmar.Med vattenbaserade beläggningar kan den våta beläggningen stelna nedströms på materialhanteringsutrustningen, som så småningom måste tas bort.
Tillverkningsanläggningens operatörer förbrukade totalt 28 timmar per vecka för att ta bort/rengöra den vattenbaserade beläggningen från dess nedströms materialhanteringsutrustning.
Utöver kostnadsbesparingarna (uppskattningsvis 28 arbetstimmar x 36 USD [belastad kostnad] per timme = 1 008,00 USD per vecka eller 50 400 USD per år), kan de fysiska arbetskraven för operatörerna vara frustrerande, tidskrävande och direkt farliga.
Kunden riktade in sig på beläggningsrensning för varje kvartal, med arbetskostnader på 1 900 USD per kvartal, plus kostnader för borttagning av beläggning som uppstod, för totalt 2 500 USD.Totala besparingar per år motsvarade 10 000 $.
Beläggningsbesparingar – Vattenbaserat kontra UV
Rörproduktionen på kundplatsen var 12 000 ton per månad av 9,625-tums rör.Sammanfattningsvis motsvarar detta cirka 570 000 linjära fot / ~ 12 700 stycken.Appliceringsprocessen för den nya UV-beläggningstekniken inkluderade sprutpistoler med hög volym/lågtryck med en typisk måltjocklek på 1,5 mils.Härdning åstadkoms genom användning av Heraeus UV-mikrovågslampor.Besparingar i beläggningskostnader och transport/interna hanteringskostnader sammanfattas i tabellerna 2 och 3.
Tabell 2. Jämförelse av beläggningskostnad – UV vs vattenbaserad beläggning per linjär fot
Tabell 3. Ytterligare besparingar från lägre inkommande transportkostnader och minskad materialhantering på plats
Dessutom kan ytterligare material- och arbetskostnadsbesparingar och produktionseffektivitet realiseras.
UV-beläggningar är återvinningsbara (vattenbaserade beläggningar är inte), vilket möjliggör minst 96 % effektivitet.
Operatörer lägger mindre tid på att rengöra och underhålla appliceringsutrustningen 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.Detta kan anpassas efter kundens behov, vilket resulterar i att mindre arbetskraft behövs för systemsanering.
I det här exemplet realiserade kunden en kostnadsbesparing på 1 277 400 USD per år.
VOC-reduktion
Implementeringen av UV-beläggningsteknik minskade också VOC, som ses i figur 4.
Figur 4. VOC-reduktion som ett resultat av implementering av UV-beläggning
Slutsats
UV-beläggningstekniken gör att rörtillverkaren praktiskt taget kan eliminera VOC i sina beläggningsoperationer, samtidigt som de levererar en hållbar tillverkningsprocess som förbättrar produktiviteten och produktens totala prestanda.UV-beläggningssystem leder också till betydande kostnadsbesparingar.Som beskrivs i den här artikeln översteg kundens totala besparingar 1 200 000 USD per år, plus eliminerade över 154 000 lbs av VOC-utsläpp.
För mer information och tillgång till ROI-kalkylatorer, besök www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/.För ytterligare processförbättringar och ett exempel på en ROI-kalkylator, besök www.uvebtechnology.com.
SIDEBAR
UV-beläggningsprocess Hållbarhet / Miljöfördelar:
Inga flyktiga organiska föreningar (VOC)
Inga farliga luftföroreningar (HAP)
Ej brandfarlig
Inga lösningsmedel, vatten eller fyllmedel
Inga problem med fukt 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 pågående arbete
Omedelbar torkning utan krav efter härdning
Inga nedströms våta beläggningsproblem
Ingen beläggningsjustering för temperatur- eller luftfuktighetsproblem
Ingen speciell hantering/förvaring vid skiftbyten, underhåll eller helgstopp
Minskning av personalkostnader i samband med operatörer och underhåll
Möjlighet att återvinna översprutning, återfiltrera och återinföra i beläggningssystemet
Förbättrad produktprestanda med UV-beläggningar:
Förbättrade luftfuktighetstestresultat
Bra testresultat för saltdimma
Möjlighet att justera beläggningsegenskaper och färg
Klarlack, metallic och färger tillgängliga
Lägre kostnader per linjär fotbeläggning enligt ROI-kalkylatorn:
Posttid: 2023-12-14
