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 pijpen en buizen kunt elimineren, wat neerkomt op tienduizenden kilo's VOS per jaar. Stel je ook voor dat je sneller kunt produceren met een hogere doorvoer en lagere kosten per onderdeel/strekkende meter.
Duurzame productieprocessen zijn essentieel voor het realiseren van efficiëntere en geoptimaliseerde productie op de Noord-Amerikaanse markt. Duurzaamheid kan op verschillende manieren worden gemeten:
VOC-reductie
Minder energieverbruik
Geoptimaliseerde arbeidskracht
Snellere productie (meer met minder)
Efficiënter gebruik van kapitaal
Daarnaast zijn er vele combinaties van het bovenstaande mogelijk.
Onlangs implementeerde een toonaangevende buizenfabrikant een nieuwe strategie voor zijn coatingprocessen. De fabrikant gebruikte voorheen voornamelijk coatings op waterbasis, die een hoog gehalte aan VOS (vluchtige organische stoffen) bevatten en bovendien brandbaar zijn. Het duurzame coatingplatform dat werd geïmplementeerd, is een UV-coatingtechnologie met 100% vaste stoffen. In dit artikel worden het oorspronkelijke probleem van de klant, het UV-coatingproces, de algehele procesverbeteringen, de kostenbesparingen en de VOS-reductie samengevat.
Coatingprocessen bij de productie van buizen
De fabrikant gebruikte een coatingproces op waterbasis dat een rommel achterliet, zoals te zien is in afbeeldingen 1a en 1b. Het proces leidde niet alleen tot verspilling van coatingmateriaal, maar creëerde ook een gevaarlijke situatie op de werkvloer, waardoor de blootstelling aan VOC's en het brandgevaar toenamen. Bovendien wilde de klant betere coatingprestaties in vergelijking met het huidige coatingproces op waterbasis.
Hoewel veel experts in de branche watergedragen coatings direct vergelijken met UV-coatings, is dit geen realistische vergelijking en kan deze misleidend zijn. De UV-coating zelf is slechts een onderdeel van het UV-coatingproces.
Figuur 1. Proces voor projectbetrokkenheid
UV is een proces
UV-coating is een proces dat aanzienlijke milieuvoordelen biedt, de algehele procesprestaties verbetert, de productprestaties verhoogt en, inderdaad, kostenbesparingen per strekkende meter oplevert. Om een UV-coatingproject succesvol te implementeren, moet UV worden beschouwd als een proces met drie hoofdbestanddelen: 1) de klant, 2) de integrator van de UV-applicatie- en uithardingsapparatuur en 3) de partner voor coatingtechnologie.
Al deze drie aspecten zijn cruciaal voor de succesvolle planning en implementatie van een UV-coatingsysteem. Laten we daarom eens kijken naar het algehele projectbetrokkenheidsproces (Figuur 1). In de meeste gevallen wordt dit proces geleid door de partner voor de UV-coatingtechnologie.
De sleutel tot elk succesvol project ligt in duidelijk gedefinieerde stappen in het samenwerkingsproces, met ingebouwde flexibiliteit en het vermogen om zich aan te passen aan verschillende soorten klanten en hun toepassingen. Deze zeven fasen vormen de basis voor een succesvolle samenwerking met de klant: 1) bespreking van het algehele proces; 2) bespreking van de ROI; 3) productspecificaties; 4) algehele processpecificatie; 5) proefnemingen; 6) offerteaanvraag / algehele projectspecificatie; en 7) voortdurende communicatie.
Deze participatiestappen kunnen in een bepaalde volgorde worden uitgevoerd, sommige kunnen gelijktijdig plaatsvinden of ze kunnen worden afgewisseld, maar ze moeten allemaal worden voltooid. Deze ingebouwde flexibiliteit biedt de deelnemers de grootste kans op succes. In sommige gevallen is het wellicht het beste om een expert op het gebied van UV-processen in te schakelen, met waardevolle ervaring in alle vormen van coatingtechnologie, maar vooral met ruime ervaring in UV-processen. Deze expert kan alle vraagstukken in kaart brengen en als neutrale bron de coatingtechnologieën op een correcte en eerlijke manier beoordelen.
Fase 1. Bespreking van het algehele proces
Hier wordt initiële informatie uitgewisseld over het huidige proces van de klant, met een duidelijke omschrijving van de huidige situatie en een heldere specificatie van de voor- en nadelen. In veel gevallen is een wederzijdse geheimhoudingsovereenkomst (NDA) aan te raden. Vervolgens moeten duidelijk omschreven doelen voor procesverbetering worden vastgesteld. Deze kunnen onder andere bestaan uit:
Duurzaamheid – VOC-reductie
Arbeidsreductie en -optimalisatie
Verbeterde kwaliteit
Verhoogde lijnsnelheid
Vermindering van de vloeroppervlakte
Overzicht van energiekosten
Onderhoudbaarheid van het coatingsysteem – reserveonderdelen, enz.
Vervolgens worden specifieke meetwaarden gedefinieerd op basis van deze geïdentificeerde procesverbeteringen.
Fase 2. Bespreking van het rendement op investering (ROI)
Het is belangrijk om in de beginfase inzicht te hebben in het rendement op investering (ROI) van het project. Hoewel de details niet zo gedetailleerd hoeven te zijn als nodig is voor projectgoedkeuring, moet de klant wel een duidelijk overzicht hebben van de huidige kosten. Deze kosten moeten onder andere de kosten per product, per strekkende meter, enz. omvatten; energiekosten; kosten voor intellectueel eigendom (IE); kwaliteitskosten; operationele/onderhoudskosten; duurzaamheidskosten; en kapitaalkosten. (Zie het einde van dit artikel voor ROI-calculators.)
Fase 3. Bespreking van de productspecificaties
Zoals bij elk product dat tegenwoordig wordt geproduceerd, worden de basisproductspecificaties vastgelegd tijdens de eerste projectbesprekingen. Wat coatings betreft, zijn deze productspecificaties in de loop der tijd geëvolueerd om aan de productiebehoeften te voldoen en worden ze doorgaans niet meer gehaald met het huidige coatingproces van de klant. We noemen dit "vandaag versus morgen". Het is een evenwichtsoefening tussen het begrijpen van de huidige productspecificaties (waaraan mogelijk niet wordt voldaan met de huidige coating) en het definiëren van realistische toekomstige behoeften (wat altijd een evenwichtsoefening is).
Fase 4. Algemene processpecificaties
Figuur 2. Procesverbeteringen mogelijk bij de overstap van een coatingproces op waterbasis naar een UV-coatingproces.
De klant moet het huidige proces volledig begrijpen en definiëren, inclusief de voor- en nadelen van de bestaande werkwijzen. Dit is belangrijk voor de UV-systeemintegrator, zodat de sterke en zwakke punten meegenomen kunnen worden in het ontwerp van het nieuwe UV-systeem. Hier biedt het UV-proces aanzienlijke voordelen, zoals een hogere coatingsnelheid, minder benodigde vloeroppervlakte en lagere temperaturen en luchtvochtigheid (zie Figuur 2). Een gezamenlijk bezoek aan de productielocatie 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 proefdraaien
De klant en de UV-systeemintegrator dienen ook een bezoek te brengen aan de faciliteit van de coatingsleverancier, zodat iedereen kan deelnemen aan een simulatie van het UV-coatingproces van de klant. Tijdens dit bezoek zullen veel nieuwe ideeën en suggesties naar voren komen, aangezien de volgende activiteiten plaatsvinden:
Simulatie, monsters en testen
Vergelijk de resultaten door concurrerende coatingproducten te testen.
Bekijk de beste werkwijzen
Kwaliteitscertificeringsprocedures beoordelen
Maak kennis met UV-integrators
Ontwikkel een gedetailleerd actieplan voor de toekomst.
Fase 6. Offerteaanvraag / Algemene projectspecificatie
Het offertedocument van de klant moet alle relevante informatie en eisen voor de nieuwe UV-coatingbewerking bevatten, zoals beschreven in de procesbesprekingen. Het document moet de beste werkwijzen van het UV-coatingbedrijf omvatten, waaronder mogelijk het verwarmen van de coating via een watergekoelde verwarmingsinstallatie naar de spuitmond; het verwarmen en roeren van de tanks; en weegschalen voor het meten van het coatingverbruik.
Fase 7. Continue communicatie
De communicatie tussen klant, UV-integrator en UV-coatingbedrijf is cruciaal en moet worden gestimuleerd. Moderne technologie maakt het heel gemakkelijk om regelmatig via Zoom of andere videoconferenties deel te nemen. Zo mogen er geen verrassingen zijn tijdens de installatie van de UV-apparatuur of het UV-systeem.
Resultaten behaald door de pijpfabrikant
Een cruciaal aandachtspunt bij elk UV-coatingproject is de algehele kostenbesparing. In dit geval realiseerde de fabrikant besparingen op verschillende gebieden, waaronder energiekosten, arbeidskosten en verbruiksmaterialen voor de coating.
Energiekosten – UV-verwarming op magnetronkracht versus inductieverwarming
Bij typische watergedragen coatingsystemen is voor- of na-inductieverwarming van de buis nodig. Inductieverwarmers zijn duur, verbruiken veel energie en kunnen aanzienlijke onderhoudsproblemen met zich meebrengen. Bovendien vereiste de watergedragen oplossing een energieverbruik van 200 kW voor de inductieverwarmer, tegenover de 90 kW die nodig was voor de UV-magnetronlampen.
Tabel 1. Kostenbesparingen van meer dan 100 kW/uur door gebruik te maken van een UV-microgolfsysteem met 10 lampen in vergelijking met een inductieverwarmingssysteem.
Zoals te zien in tabel 1, realiseerde de pijpfabrikant een besparing van meer dan 100 kWh per uur na de implementatie van UV-coatingtechnologie, en verlaagde tevens de energiekosten met meer dan $71.000 per jaar.
Figuur 3. Illustratie van de jaarlijkse besparing op elektriciteitskosten.
De kostenbesparingen als gevolg van dit lagere energieverbruik werden geschat op basis van een geschatte elektriciteitsprijs van 14,33 cent/kWh. De vermindering van het energieverbruik met 100 kWh, berekend over twee ploegendiensten gedurende 50 weken per jaar (vijf dagen per week, 20 uur per ploegdienst), resulteert in een besparing van $71.650, zoals weergegeven in figuur 3.
Arbeidskostenbesparing – Operators en onderhoud
Naarmate productiebedrijven hun arbeidskosten blijven evalueren, biedt het UV-proces unieke besparingen met betrekking tot de manuren van operators en onderhoudspersoneel. Bij coatings op waterbasis kan de natte coating verderop in het proces op de materiaalverwerkingsapparatuur uitharden, waarna deze uiteindelijk moet worden verwijderd.
De operators van de productiefaciliteit besteedden in totaal 28 uur per week aan het verwijderen/reinigen van de coating op waterbasis van de materiaalverwerkingsapparatuur.
Naast de kostenbesparing (naar schatting 28 arbeidsuren x $36 [verrekende kosten] per uur = $1.008,00 per week of $50.400 per jaar), kunnen de fysieke werkzaamheden voor de operators frustrerend, tijdrovend en ronduit gevaarlijk zijn.
De klant streefde ernaar om de coating elk kwartaal te laten reinigen, 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.
Besparing op coatings – coatings op waterbasis versus UV-coatings
De pijpproductie bij de klant bedroeg 12.000 ton per maand met een diameter van 9,625 inch. Samengevat komt dit neer op ongeveer 570.000 strekkende voet / ~ 12.700 stuks. Het aanbrengen van de nieuwe UV-coatingtechnologie gebeurde met behulp van hogedrukspuitpistolen met een typische laagdikte van 1,5 mil. Het uitharden gebeurde met Heraeus UV-microgolflampen. De besparingen op coatingkosten en transport-/interne handlingkosten worden samengevat in Tabel 2 en 3.
Tabel 2. Kostenvergelijking van coatings – UV- versus watergedragen coatings per strekkende meter
Tabel 3. Extra besparingen door lagere inkomende transportkosten en minder materiaalverwerking op locatie.
Daarnaast kunnen er extra kostenbesparingen op materiaal en arbeid worden gerealiseerd, evenals een hogere productie-efficiëntie.
UV-coatings zijn herbruikbaar (coatings op waterbasis niet), waardoor een rendement van minstens 96% mogelijk is.
Operators besteden minder tijd aan het schoonmaken en onderhouden van de applicatieapparatuur, omdat de UV-coating niet uitdroogt tenzij deze wordt blootgesteld aan UV-straling met een hoge intensiteit.
De productiesnelheden liggen hoger en de klant heeft de mogelijkheid om de productiesnelheid te verhogen van 100 voet per minuut naar 150 voet per minuut – een toename van 50%.
De UV-procesapparatuur heeft doorgaans een ingebouwde spoelcyclus, die wordt bijgehouden en gepland op basis van de productie-uren. Deze cyclus kan worden aangepast aan de behoeften van de klant, waardoor er minder mankracht nodig is voor het reinigen van het systeem.
In dit voorbeeld realiseerde de klant een kostenbesparing van $1.277.400 per jaar.
VOC-reductie
De toepassing van UV-coatingtechnologie heeft ook de VOC-uitstoot verminderd, zoals te zien is in figuur 4.
Figuur 4. Vermindering van VOC's als gevolg van de toepassing van UV-coating.
Conclusie
UV-coatingtechnologie stelt pijpfabrikanten in staat om de uitstoot van vluchtige organische stoffen (VOC's) tijdens het coatingproces vrijwel volledig te elimineren. Tegelijkertijd levert dit een duurzaam productieproces op dat de productiviteit en de algehele productprestaties verbetert. UV-coatingsystemen leiden bovendien tot aanzienlijke kostenbesparingen. Zoals in dit artikel wordt beschreven, bedroeg de totale besparing voor de klant meer dan $ 1.200.000 per jaar, plus een vermindering van de VOC-uitstoot met meer dan 70.000 kg.
Ga voor meer informatie en toegang tot ROI-calculators naar www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Voor aanvullende procesverbeteringen en een voorbeeld van een ROI-calculator kunt u terecht op www.uvebtechnology.com.
ZIJBALK
Duurzaamheid / Milieuvoordelen van het UV-coatingproces:
Geen vluchtige organische stoffen (VOC's)
Geen gevaarlijke luchtverontreinigende stoffen (HAPs)
Niet-ontvlambaar
Geen oplosmiddelen, water of vulstoffen.
Geen problemen met luchtvochtigheid of temperatuur tijdens de productie.
Algemene procesverbeteringen die UV-coatings bieden:
Hoge productiesnelheden van meer dan 800 tot 900 voet per minuut, afhankelijk van de productgrootte.
Een kleine fysieke voetafdruk van minder dan 35 voet (lineaire lengte).
Minimale onderhanden werk
Direct droog, zonder nabewerking.
Geen problemen met natte coating stroomafwaarts
Geen aanpassing van de coating voor temperatuur- of vochtigheidsproblemen.
Geen speciale behandeling/opslag tijdens ploegwisselingen, onderhoud of weekendsluitingen.
Verlaging van de personeelskosten voor operators en onderhoud.
Mogelijkheid om overspray terug te winnen, te herfilteren en opnieuw in het coatingsysteem te brengen.
Verbeterde productprestaties met UV-coatings:
Verbeterde resultaten bij het meten van de luchtvochtigheid
Uitstekende resultaten van zoutneveltests
Mogelijkheid om coatingeigenschappen en kleur aan te passen.
Transparante lakken, metallic lakken en diverse kleuren beschikbaar.
Lagere coatingkosten per strekkende meter, zoals blijkt uit de ROI-calculator:
Geplaatst op: 14 december 2023
