door Michael Kelly, Allied PhotoChemical, en David Hagood, Finishing Technology Solutions
Stel je voor dat je bijna alle VOS (vluchtige organische stoffen) in het productieproces van buizen en buizen kunt elimineren, wat neerkomt op 10.000 kilo VOS per jaar. Stel je ook voor dat je met hogere snelheden produceert, met meer doorvoer en minder kosten per onderdeel/lineaire voet.
Duurzame productieprocessen zijn de sleutel tot een efficiëntere en geoptimaliseerde productie op de Noord-Amerikaanse markt. Duurzaamheid kan op verschillende manieren worden gemeten:
VOC-reductie
Minder energieverbruik
Geoptimaliseerd personeelsbestand
Snellere productie-output (meer met minder)
Efficiënter gebruik van kapitaal
Plus veel combinaties van het bovenstaande
Onlangs heeft een toonaangevende buizenfabrikant een nieuwe strategie voor zijn coatingactiviteiten geïmplementeerd. De vorige coatingplatforms van de fabrikant waren op waterbasis, bevatten veel VOC's en zijn toevallig ook ontvlambaar. Het duurzame coatingplatform dat werd geïmplementeerd was een 100% vaste stof ultraviolette (UV) coatingtechnologie. In dit artikel worden het initiële probleem van de klant, het UV-coatingproces, algehele procesverbeteringen, kostenbesparingen en VOS-reductie samengevat.
Coatingactiviteiten in de buizenproductie
De fabrikant gebruikte een coatingproces op waterbasis dat een rommel achterliet, zoals weergegeven in afbeeldingen 1a en 1b. Het proces resulteerde niet alleen in verspilling van coatingmaterialen, maar creëerde ook gevaar op de werkvloer, waardoor de blootstelling aan VOS en het brandgevaar toenam. Bovendien wilde de klant betere coatingprestaties in vergelijking met de huidige watergebaseerde coatingactiviteiten.
Hoewel veel experts uit de industrie watergebaseerde coatings rechtstreeks zullen vergelijken met UV-coatings, is dit geen realistische vergelijking en kan het misleidend zijn. De eigenlijke UV-coating is een subset van het UV-coatingproces.
Figuur 1. Projectbetrokkenheidsproces
UV is een proces
UV is een proces dat aanzienlijke milieuvoordelen, algehele procesverbeteringen, verbeterde productprestaties en, ja, per lineaire voetcoatingbesparingen biedt. Om een UV-coatingsproject succesvol te implementeren, moet UV worden gezien als een proces met drie hoofdcomponenten: 1) de klant, 2) de integrator van de UV-toepassings- en uithardingsapparatuur en 3) de coatingtechnologiepartner.
Deze drie zijn alle drie van cruciaal belang voor de succesvolle planning en implementatie van een UV-coatingsysteem. Laten we dus eens kijken naar het totale projectbetrokkenheidsproces (Figuur 1). In de meeste gevallen wordt deze inspanning geleid door de UV-coatingtechnologiepartner.
De sleutel tot elk succesvol project is het hebben van duidelijk gedefinieerde betrokkenheidsstappen, met ingebouwde flexibiliteit en het vermogen om zich aan te passen aan verschillende soorten klanten en hun toepassingen. Deze zeven betrokkenheidsfasen vormen de basis voor een succesvolle projectbetrokkenheid bij de klant: 1) algehele procesbespreking; 2) ROI-discussie; 3) productspecificaties; 4) algemene processpecificatie; 5) voorbeeldproeven; 6) Offerteaanvraag / algemene projectspecificatie; en 7) voortdurende communicatie.
Deze fases van de betrokkenheid kunnen serieel worden gevolgd, sommige kunnen tegelijkertijd plaatsvinden of uitgewisseld worden, maar ze moeten allemaal worden voltooid. Deze ingebouwde flexibiliteit biedt de grootste kans op succes voor de deelnemers. In sommige gevallen kan het het beste zijn om een UV-procesexpert in te schakelen als hulpbron met waardevolle industriële ervaring in alle vormen van coatingtechnologie, maar het allerbelangrijkste: een sterke UV-proceservaring. Deze expert kan door alle problemen heen navigeren en optreden als een neutrale hulpbron om de coatingtechnologieën correct en eerlijk te evalueren.
Fase 1. Algemene procesbespreking
Hier wordt de eerste informatie uitgewisseld over het huidige proces van de klant, met een duidelijke definitie van de huidige lay-out en duidelijk gedefinieerde positieve / negatieve punten. In veel gevallen moet er een wederzijdse geheimhoudingsovereenkomst (NDA) zijn opgesteld. Vervolgens moeten duidelijk gedefinieerde doelstellingen voor procesverbetering worden geïdentificeerd. Deze kunnen het volgende omvatten:
Duurzaamheid – VOC-reductie
Arbeidsreductie en optimalisatie
Verbeterde kwaliteit
Verhoogde lijnsnelheid
Verkleining van het vloeroppervlak
Overzicht van energiekosten
Onderhoudbaarheid van het coatingsysteem – reserveonderdelen, etc.
Vervolgens worden specifieke meetgegevens gedefinieerd op basis van deze geïdentificeerde procesverbeteringen.
Fase 2. Discussie over het rendement op de investering (ROI).
Het is belangrijk om de ROI voor het project in de beginfase te begrijpen. Hoewel het detailniveau niet het niveau hoeft te zijn dat nodig is voor projectgoedkeuring, moet de klant wel een duidelijk overzicht hebben van de huidige kosten. Deze moeten de kosten per product, per strekkende meter, enz. omvatten; energiekosten; kosten voor intellectueel eigendom (IP); kwaliteitskosten; exploitant-/onderhoudskosten; duurzaamheidskosten; en kapitaalkosten. (Zie het einde van dit artikel voor toegang tot ROI-calculators.)
Fase 3. Bespreking van productspecificaties
Zoals bij elk product dat tegenwoordig wordt vervaardigd, worden de basisproductspecificaties gedefinieerd tijdens de eerste projectbesprekingen. Wat coatingtoepassingen betreft, zijn deze productspecificaties in de loop van de tijd geëvolueerd om aan de productiebehoeften te voldoen en wordt er doorgaans niet aan voldaan met het huidige coatingproces van de klant. We noemen het ‘vandaag versus morgen’. Het is een evenwichtsoefening tussen het begrijpen van de huidige productspecificaties (waaraan mogelijk niet kan worden voldaan met de huidige coating) en het definiëren van toekomstige behoeften die realistisch zijn (wat altijd een evenwichtsoefening is).
Fase 4. Algemene processpecificaties
Figuur 2. Procesverbeteringen beschikbaar bij de overstap van een coatingproces op waterbasis naar een UV-coatingproces
De klant moet het huidige proces volledig begrijpen en definiëren, samen met de positieve en negatieve kanten van bestaande praktijken. Dit is belangrijk voor de UV-systeemintegrator om te begrijpen, zodat bij het ontwerp van het nieuwe UV-systeem rekening kan worden gehouden met de dingen die goed gaan en de dingen die niet gaan. Dit is waar het UV-proces aanzienlijke voordelen biedt, zoals een hogere snelheid van coatings, minder benodigde vloerruimte en verlagingen van temperatuur en vochtigheid (zie figuur 2). Een gezamenlijk bezoek aan de productiefaciliteit van de klant wordt ten zeerste aanbevolen en biedt een uitstekend kader om de behoeften en eisen van de klant te begrijpen.
Fase 5. Demonstratie en proefritten
De locatie van de coatingleverancier moet ook worden bezocht door de klant en de UV-systeemintegrator, zodat iedereen kan deelnemen aan een simulatie van het UV-coatingproces van de klant. Gedurende deze tijd zullen er veel nieuwe ideeën en suggesties naar boven komen als de volgende activiteiten plaatsvinden:
Simulatie, monsters en testen
Benchmark door concurrerende coatingproducten te testen
Best practices bekijken
Kwaliteitscertificeringsprocedures beoordelen
Maak kennis met UV-integratoren
Ontwikkel een gedetailleerd actieplan voor de toekomst
Fase 6. Offerteaanvraag / Algemene projectspecificatie
Het offerteaanvraagdocument van de klant moet alle relevante informatie en vereisten bevatten voor de nieuwe UV-coating, zoals gedefinieerd in de procesbesprekingen. Het document moet de beste praktijken bevatten die zijn geïdentificeerd door het UV-coatingtechnologiebedrijf, waaronder het verwarmen van de coating via een warmtesysteem met watermantel tot aan de punt van het pistool; verwarming en roeren van de bak; en schalen voor het meten van het coatingverbruik.
Fase 7. Continue communicatie
De communicatiemiddelen tussen de klant, de UV-integrator en het UV-coatingsbedrijf zijn van cruciaal belang en moeten worden aangemoedigd. De technologie maakt het tegenwoordig erg handig om regelmatige Zoom-/conferentiegesprekken te plannen en eraan deel te nemen. Er mogen geen verrassingen zijn wanneer de UV-apparatuur of het UV-systeem wordt geïnstalleerd.
Resultaten gerealiseerd door pijpfabrikant
Een cruciaal aandachtspunt bij elk UV-coatingproject zijn de algemene kostenbesparingen. In dit geval realiseerde de fabrikant besparingen op verschillende gebieden, waaronder energiekosten, arbeidskosten en verbruiksartikelen voor coatings.
Energiekosten – Door microgolven aangedreven UV versus inductieverwarming
Bij typische watergebaseerde coatingsystemen is er behoefte aan pre- of post-inductieverwarming van de buis. Inductieverhitters zijn dure verbruikers die veel energie verbruiken en aanzienlijke onderhoudsproblemen kunnen veroorzaken. Bovendien vereiste de oplossing op waterbasis een energieverbruik van 200 kW inductieverhitter, vergeleken met de 90 kW die wordt gebruikt door UV-microgolflampen.
Tabel 1. Kostenbesparingen van meer dan 100 kW/uur door gebruik van een microgolf-UV-systeem met 10 lampen versus een inductieverwarmingssysteem
Zoals blijkt uit Tabel 1 realiseerde de buizenfabrikant na de implementatie van UV-coatingtechnologie een besparing van meer dan 100 kW per uur, terwijl hij ook de energiekosten met ruim $71.000 per jaar verlaagde.
Figuur 3. Illustratie van de jaarlijkse besparingen op elektriciteitskosten
De kostenbesparingen voor dit verminderde energieverbruik werden geschat op basis van de geschatte elektriciteitskosten van 14,33 cent/kWh. De vermindering van het energieverbruik met 100 kW/uur, berekend over twee ploegendiensten gedurende 50 weken per jaar (vijf dagen per week, 20 uur per ploeg), resulteert in een besparing van $71.650, zoals geïllustreerd in Figuur 3.
Verlaging van de arbeidskosten – operators en onderhoud
Terwijl productie-entiteiten hun arbeidskosten blijven evalueren, biedt het UV-proces unieke besparingen op het gebied van operator- en onderhoudsmanuren. Bij coatings op waterbasis kan de natte coating stroomafwaarts op de materiaalbehandelingsapparatuur stollen, die uiteindelijk moet worden verwijderd.
De operators van de productiefaciliteit waren in totaal 28 uur per week bezig met het verwijderen/reinigen van de coating op waterbasis van de stroomafwaartse materiaalverwerkingsapparatuur.
Naast de kostenbesparingen (naar schatting 28 arbeidsuren x $36 [belaste kosten] per uur = $1.008,00 per week of $50.400 per jaar), kunnen de fysieke arbeidsvereisten voor de operators frustrerend, tijdrovend en ronduit gevaarlijk zijn.
De klant richtte zich op het opruimen van de coating voor elk kwartaal, met arbeidskosten van $1.900 per kwartaal, plus de kosten voor het verwijderen van de coating, voor een totaal van $2.500. De totale besparing per jaar bedroeg $ 10.000.
Besparingen op coating – op waterbasis versus UV
De productie van buizen op de locatie van de klant bedroeg 12.000 ton buizen met een diameter van 9,625 inch per maand. Samenvattend komt dit neer op ongeveer 570.000 lineaire voet / ~ 12.700 stuks. Het applicatieproces voor de nieuwe UV-coatingtechnologie omvatte spuitpistolen met een hoog volume en lage druk met een typische doeldikte van 1,5 mil. Het uitharden werd bereikt door het gebruik van Heraeus UV-microgolflampen. De besparingen op coatingkosten en transport-/interne handlingkosten zijn samengevat in Tabellen 2 en 3.
Tabel 2. Vergelijking van coatingkosten – UV- versus watergebaseerde coatings per strekkende meter
Tabel 3. Extra besparingen door lagere inkomende transportkosten en minder materiaalbehandeling op locatie
Bovendien kunnen aanvullende besparingen op materiaal- en arbeidskosten en productie-efficiëntie worden gerealiseerd.
UV-coatings zijn terugwinbaar (coatings op waterbasis niet), waardoor een efficiëntie van minimaal 96% mogelijk is.
Operators zijn minder tijd kwijt aan het schoonmaken en onderhouden van de applicatieapparatuur, omdat de UV-coating niet droogt tenzij deze wordt blootgesteld aan UV-energie met hoge intensiteit.
De productiesnelheden zijn hoger en de klant heeft het potentieel om de productiesnelheid te verhogen van 30 meter per minuut naar 45 meter per minuut – een stijging van 50%.
De UV-procesapparatuur heeft doorgaans een ingebouwde spoelcyclus, die wordt bijgehouden en gepland op basis van de productie-uren. Dit kan worden aangepast aan de behoeften van de klant, waardoor er minder mankracht nodig is voor het opschonen van het systeem.
In dit voorbeeld realiseerde de klant een kostenbesparing van $1.277.400 per jaar.
VOC-reductie
De implementatie van UV-coatingtechnologie verminderde ook de VOS, zoals te zien is in Figuur 4.
Figuur 4. VOC-reductie als resultaat van de implementatie van UV-coating
Conclusie
Dankzij de UV-coatingtechnologie kunnen pijpfabrikanten VOC's vrijwel elimineren in hun coatingactiviteiten, terwijl ze ook een duurzaam productieproces leveren dat de productiviteit en de algehele productprestaties verbetert. UV-coatingsystemen zorgen ook voor aanzienlijke kostenbesparingen. Zoals uiteengezet in dit artikel bedroeg de totale besparing van de klant meer dan $1.200.000 per jaar, plus een eliminatie van meer dan 154.000 pond aan VOC-emissies.
Ga voor meer informatie en toegang tot ROI-calculators naar www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Bezoek www.uvebtechnology.com voor aanvullende procesverbeteringen en een voorbeeld van een ROI-calculator.
ZIJBALK
UV-coatingproces Duurzaamheid / Milieuvoordelen:
Geen vluchtige organische stoffen (VOS)
Geen gevaarlijke luchtverontreinigende stoffen (HAP's)
Niet-ontvlambaar
Geen oplosmiddelen, water of vulstoffen
Geen productieproblemen met vochtigheid of temperatuur
Algemene procesverbeteringen aangeboden door UV-coatings:
Hoge productiesnelheden van meer dan 240 tot 300 meter per minuut, afhankelijk van de productgrootte
Kleine fysieke voetafdruk van minder dan 35 voet (lineaire lengte)
Minimale onderhanden werk
Direct droog zonder nabehandeling
Geen stroomafwaartse problemen met natte coating
Geen coatingaanpassing vanwege temperatuur- of vochtigheidsproblemen
Geen speciale behandeling/opslag tijdens ploegwisselingen, onderhoud of weekendsluitingen
Vermindering van de personeelskosten in verband met operators en onderhoud
Mogelijkheid om overtollige spray terug te winnen, opnieuw te filteren en opnieuw in het coatingsysteem te introduceren
Verbeterde productprestaties met UV-coatings:
Verbeterde vochtigheidstestresultaten
Geweldige zoutmisttestresultaten
Mogelijkheid om coatingeigenschappen en kleur aan te passen
Blanke lakken, metallics en kleuren beschikbaar
Lagere coatingkosten per lineaire voet, zoals blijkt uit de ROI-calculator:
Posttijd: 14 december 2023
