door Michael Kelly, Allied PhotoChemical, en David Hagood, Finishing Technology Solutions
Stel je voor dat je bijna alle vluchtige organische stoffen (VOS) in het productieproces van buizen en pijpen kunt elimineren, wat neerkomt op 10.000 kilo VOS per jaar. Stel je ook voor dat je met hogere snelheden kunt produceren met een hogere doorvoer en lagere kosten per onderdeel/strekkende meter.
Duurzame productieprocessen zijn essentieel voor 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 (meer met minder)
Efficiënter gebruik van kapitaal
Bovendien zijn er veel combinaties van bovenstaande mogelijk
Onlangs heeft een toonaangevende buizenfabrikant een nieuwe strategie geïmplementeerd voor zijn coatingactiviteiten. De vorige coatingplatforms van de fabrikant waren op waterbasis, wat een hoog gehalte aan vluchtige organische stoffen (VOS) bevat en bovendien ontvlambaar is. Het duurzame coatingplatform dat werd geïmplementeerd, was een 100% vaste ultraviolet (UV) coatingtechnologie. In dit artikel worden het initiële probleem van de klant, het UV-coatingproces, algehele procesverbeteringen, kostenbesparingen en VOS-reductie samengevat.
Coatingbewerkingen in de buizenproductie
De fabrikant gebruikte een coatingproces op waterbasis dat een rommel achterliet, zoals te zien is in afbeelding 1a en 1b. Het proces resulteerde niet alleen in verspilling van coatingmaterialen, maar creëerde ook een risico op de werkvloer, wat leidde tot een verhoogde blootstelling aan vluchtige organische stoffen en brandgevaar. Bovendien wilde de klant een betere coatingprestatie in vergelijking met de huidige coating op waterbasis.
Hoewel veel experts in de branche watergedragen coatings direct vergelijken met UV-coatings, is dit geen realistische vergelijking en kan het misleidend zijn. De UV-coating zelf is een onderdeel van het UV-coatingproces.
Figuur 1. Projectbetrokkenheidsproces
UV is een proces
UV is een proces dat aanzienlijke milieuvoordelen, algehele procesverbeteringen, verbeterde productprestaties en, jawel, besparingen per strekkende meter coating biedt. Om een UV-coatingproject succesvol te implementeren, moet UV worden beschouwd als een proces met drie hoofdcomponenten: 1) de klant, 2) de UV-applicatie- en uithardingsapparatuurintegrator en 3) de coatingtechnologiepartner.
Al deze drie aspecten zijn cruciaal voor de succesvolle planning en implementatie van een UV-coatingsysteem. Laten we daarom eens kijken naar het algehele projectproces (figuur 1). In de meeste gevallen wordt dit proces geleid door de UV-coatingtechnologiepartner.
De sleutel tot een succesvol project is een duidelijk gedefinieerde betrokkenheidsstap, met ingebouwde flexibiliteit en de mogelijkheid 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) algemene procesbespreking; 2) ROI-bespreking; 3) productspecificaties; 4) algemene processpecificatie; 5) proefmonsters; 6) RFQ/algemene projectspecificatie; en 7) voortdurende communicatie.
Deze betrokkenheidsfasen kunnen serieel worden gevolgd, sommige kunnen tegelijkertijd plaatsvinden of ze kunnen worden afgewisseld, maar ze moeten allemaal worden voltooid. Deze ingebouwde flexibiliteit biedt de grootste kans op succes voor de deelnemers. In sommige gevallen kan het verstandig zijn om een UV-procesexpert in te schakelen met waardevolle branche-ervaring in alle vormen van coatingtechnologie, maar vooral met gedegen UV-proceservaring. Deze expert kan alle problemen aanpakken en fungeren als een neutrale bron om de coatingtechnologieën correct en eerlijk te beoordelen.
Fase 1. Algemene procesbespreking
Hier wordt de eerste informatie uitgewisseld over het huidige proces van de klant, met een duidelijke definitie van de huidige opzet en duidelijke omschrijving van de voor- en nadelen. In veel gevallen is een wederzijdse geheimhoudingsovereenkomst (NDA) vereist. Vervolgens moeten duidelijk gedefinieerde doelen voor procesverbetering worden vastgesteld. Deze kunnen zijn:
Duurzaamheid – VOC-reductie
Arbeidsreductie en -optimalisatie
Verbeterde kwaliteit
Verhoogde lijnsnelheid
Vermindering van vloeroppervlakte
Overzicht van de energiekosten
Onderhoudbaarheid van het coatingsysteem – reserveonderdelen, etc.
Vervolgens worden op basis van de geïdentificeerde procesverbeteringen specifieke metrieken gedefinieerd.
Fase 2. Discussie over rendement op investering (ROI)
Het is belangrijk om de ROI van het project al in de beginfase te begrijpen. Hoewel de mate van detail niet noodzakelijkerwijs gelijk hoeft te zijn aan de mate waarin het project wordt goedgekeurd, moet de klant wel een duidelijk overzicht hebben van de huidige kosten. Deze moeten de kosten per product, per strekkende meter, enz., energiekosten, kosten voor intellectueel eigendom (IP), kwaliteitskosten, kosten voor operator/onderhoud, duurzaamheidskosten en kapitaalkosten omvatten. (Zie het einde van dit artikel voor ROI-calculators.)
Fase 3. Discussie over de productspecificaties
Zoals bij elk product dat tegenwoordig wordt geproduceerd, worden de basisproductspecificaties vastgelegd tijdens de eerste projectbesprekingen. Wat betreft coatingtoepassingen: deze productspecificaties zijn in de loop der tijd geëvolueerd om te voldoen aan de productiebehoeften en worden doorgaans niet gehaald met het huidige coatingproces van de klant. We noemen dit "vandaag versus morgen". Het is een afweging 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 afweging is).
Fase 4. Algemene processpecificaties
Figuur 2. Procesverbeteringen beschikbaar bij de overstap van een op water gebaseerd coatingproces naar een UV-coatingproces
De klant moet het huidige proces volledig begrijpen en definiëren, inclusief de voor- en nadelen van bestaande praktijken. Dit is belangrijk voor de UV-systeemintegrator, zodat de zaken die goed gaan en de zaken die niet goed gaan, kunnen worden meegenomen in het ontwerp van het nieuwe UV-systeem. Hier biedt het UV-proces aanzienlijke voordelen, zoals een hogere coatingsnelheid, minder vloeroppervlak en lagere temperaturen en luchtvochtigheid (zie afbeelding 2). Een gezamenlijk bezoek aan de productiefaciliteit van de klant wordt sterk aanbevolen en biedt een uitstekend kader om de behoeften en eisen van de klant te begrijpen.
Fase 5. Demonstratie en proefdraaien
De faciliteit van de leverancier van de coatings moet ook door de klant en de UV-systeemintegrator worden bezocht, 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, terwijl de volgende activiteiten plaatsvinden:
Simulatie, monsters en testen
Benchmark door het testen van concurrerende coatingproducten
Bekijk de beste praktijken
Herziening van de procedures voor kwaliteitscertificering
Ontmoet UV-integratoren
Ontwikkel een gedetailleerd actieplan voor de toekomst
Fase 6. RFQ / Algemene projectspecificatie
Het RFQ-document van de klant moet alle relevante informatie en vereisten voor de nieuwe UV-coating bevatten, zoals gedefinieerd in de procesbesprekingen. Het document moet de best practices bevatten die door het UV-coatingtechnologiebedrijf zijn vastgesteld, waaronder het verwarmen van de coating via een verwarmingssysteem met watermantel tot aan de spuitmond; het verwarmen en roeren van de container; en het gebruik van weegschalen voor het meten van het coatingverbruik.
Fase 7. Continue communicatie
De communicatiemiddelen tussen klant, UV-integrator en UV-coatingbedrijf zijn cruciaal en moeten worden aangemoedigd. De technologie maakt het tegenwoordig erg gemakkelijk om regelmatig Zoom-/conferentiegesprekken te plannen en eraan deel te nemen. Er mogen geen verrassingen zijn bij de installatie van UV-apparatuur of -systemen.
Resultaten gerealiseerd door 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 coatings.
Energiekosten – Magnetron-aangedreven UV- versus inductieverwarming
In typische systemen met watergedragen coatings is voor- of na-inductieverhitting van de buis nodig. Inductieverwarmers zijn duur, verbruiken veel energie en kunnen aanzienlijke onderhoudsproblemen opleveren. Bovendien vereiste de oplossing op waterbasis 200 kW aan inductieverwarmers, vergeleken met de 90 kW die microgolf-UV-lampen gebruiken.
Tabel 1. Kostenbesparing van meer dan 100 kW/uur door het gebruik van een 10-lamps microgolf UV-systeem ten opzichte van een inductieverwarmingssysteem
Zoals u in tabel 1 kunt zien, realiseerde de pijpenfabrikant een besparing van meer dan 100 kW per uur na de implementatie van UV-coatingtechnologie. Tegelijkertijd werden de energiekosten met ruim $ 71.000 per jaar verlaagd.
Figuur 3. Illustratie van de jaarlijkse besparingen op elektriciteitskosten
De kostenbesparing door dit lagere energieverbruik werd geschat op basis van een geschatte elektriciteitsprijs van 14,33 cent/kWh. De besparing van 100 kWh op het energieverbruik, berekend over twee ploegendiensten gedurende 50 weken per jaar (vijf dagen per week, 20 uur per dienst), resulteert in een besparing van $ 71.650, zoals geïllustreerd in figuur 3.
Arbeidskostenreductie – Operators en Onderhoud
Nu productiebedrijven hun arbeidskosten blijven evalueren, biedt het UV-proces unieke besparingen op het gebied van arbeidsuren voor operators en onderhoudspersoneel. Bij watergedragen coatings kan de natte coating verderop in het proces uitharden op de materiaalverwerkingsapparatuur, waarna deze uiteindelijk verwijderd moet worden.
De operators van de productiefaciliteit waren in totaal 28 uur per week bezig met het verwijderen/reinigen van de op water gebaseerde coating van de apparatuur voor materiaalverwerking.
Naast de kostenbesparing (geschatte 28 arbeidsuren x $ 36 [kosten door belasting] 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 streefde naar het reinigen van de coating per 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 coatings – op waterbasis versus UV-coating
De pijpproductie op de locatie van de klant bedroeg 12.000 ton pijp per maand met een diameter van 9,625 inch. Samenvattend komt dit neer op ongeveer 570.000 strekkende meter / ~ 12.700 stuks. Het applicatieproces voor de nieuwe UV-coatingtechnologie omvatte spuitpistolen met een groot volume en lage druk, met een typische doeldikte van 1,5 mils. De uitharding vond plaats met behulp van Heraeus UV-microgolflampen. De besparingen op coatingkosten en transport-/interne verwerkingskosten worden samengevat in de tabellen 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
Bovendien kunnen extra besparingen op materiaal- en arbeidskosten en een hogere productie-efficiëntie worden gerealiseerd.
UV-coatings zijn herbruikbaar (coatings op waterbasis niet) en hebben een rendement van minimaal 96%.
Operators zijn minder tijd kwijt aan het schoonmaken en onderhouden van de applicatieapparatuur, omdat de UV-coating niet droogt tenzij deze wordt blootgesteld aan zeer intensieve UV-energie.
De productiesnelheid is hoger en de klant kan de productiesnelheid verhogen van 30 meter per minuut naar 45 meter per minuut – een toename van 50%.
UV-procesapparatuur heeft doorgaans een ingebouwde spoelcyclus, die wordt bijgehouden en gepland op basis van de productie-uren. Deze 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 implementatie van UV-coatingtechnologie zorgde ook voor een vermindering van de vluchtige organische stoffen (VOS), zoals te zien is in figuur 4.
Figuur 4. VOC-reductie als resultaat van de implementatie van UV-coating
Conclusie
UV-coatingtechnologie stelt pijpfabrikanten in staat om VOS vrijwel volledig te elimineren in hun coatingprocessen, terwijl ze tegelijkertijd een duurzaam productieproces leveren dat de productiviteit en de algehele productprestaties verbetert. UV-coatingsystemen leveren ook aanzienlijke kostenbesparingen op. Zoals in dit artikel wordt beschreven, bespaarde de klant in totaal meer dan $ 1.200.000 per jaar en werd er meer dan 70.000 kg aan VOS-uitstoot geëlimineerd.
Ga voor meer informatie en toegang tot ROI-calculators naar www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Ga voor aanvullende procesverbeteringen en een voorbeeld van een ROI-calculator naar www.uvebtechnology.com.
ZIJBALK
Duurzaamheid van het UV-coatingproces / Milieuvoordelen:
Geen vluchtige organische stoffen (VOS)
Geen gevaarlijke luchtverontreinigende stoffen (HAP's)
Niet-ontvlambaar
Geen oplosmiddelen, water of vulstoffen
Geen problemen met vochtigheid of temperatuur bij de productie
Algemene procesverbeteringen door UV-coatings:
Snelle productiesnelheden van meer dan 800 tot 900 voet per minuut, afhankelijk van de productgrootte
Kleine fysieke voetafdruk van minder dan 35 voet (lineaire lengte)
Minimaal werk in uitvoering
Direct droog, geen na-uithardingsvereisten
Geen problemen met natte coating stroomafwaarts
Geen aanpassing van de coating bij temperatuur- of vochtigheidsproblemen
Geen speciale behandeling/opslag tijdens ploegenwisselingen, onderhoud of weekendstops
Vermindering van de personeelskosten die verband houden met operators en onderhoud
Mogelijkheid om overspray terug te winnen, opnieuw te filteren en opnieuw in het coatingsysteem te introduceren
Verbeterde productprestaties met UV-coatings:
Verbeterde resultaten van vochtigheidstests
Resultaten van de Great Salt Fog-test
Mogelijkheid om de eigenschappen en kleur van de coating aan te passen
Blanke lakken, metallics en kleuren beschikbaar
Lagere coatingkosten per strekkende meter, zoals blijkt uit de ROI-calculator:
Plaatsingstijd: 14-12-2023
