Bài viết bởi Michael Kelly, Allied PhotoChemical, và David Hagood, Finishing Technology Solutions
Hãy tưởng tượng bạn có thể loại bỏ gần như toàn bộ VOC (các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) trong quy trình sản xuất ống và đường ống, tương đương với hàng chục nghìn pound VOC mỗi năm. Đồng thời, hãy tưởng tượng bạn có thể sản xuất với tốc độ nhanh hơn, năng suất cao hơn và chi phí thấp hơn trên mỗi sản phẩm/mét dài.
Các quy trình sản xuất bền vững là chìa khóa để hướng tới sản xuất hiệu quả và tối ưu hơn tại thị trường Bắc Mỹ. Tính bền vững có thể được đo lường bằng nhiều cách khác nhau:
giảm VOC
Tiết kiệm năng lượng hơn
Lực lượng lao động được tối ưu hóa
Tốc độ sản xuất nhanh hơn (nhiều hơn với chi phí ít hơn)
Sử dụng vốn hiệu quả hơn
Ngoài ra, còn có nhiều sự kết hợp khác nhau của các yếu tố trên.
Gần đây, một nhà sản xuất ống hàng đầu đã triển khai chiến lược mới cho hoạt động phủ lớp của mình. Các nền tảng phủ lớp trước đây mà nhà sản xuất này sử dụng là gốc nước, có hàm lượng VOC cao và dễ cháy. Nền tảng phủ lớp bền vững được triển khai là công nghệ phủ lớp tia cực tím (UV) 100% chất rắn. Bài viết này tóm tắt vấn đề ban đầu của khách hàng, quy trình phủ lớp UV, những cải tiến quy trình tổng thể, tiết kiệm chi phí và giảm VOC.
Các công đoạn phủ trong sản xuất ống
Nhà sản xuất đang sử dụng quy trình sơn phủ gốc nước, gây ra nhiều chất bẩn như thể hiện trong Hình 1a và 1b. Quy trình này không chỉ gây lãng phí vật liệu sơn mà còn tạo ra nguy cơ cháy nổ trong nhà xưởng, làm tăng nguy cơ phơi nhiễm VOC và nguy cơ hỏa hoạn. Thêm vào đó, khách hàng muốn hiệu suất sơn phủ được cải thiện so với quy trình sơn phủ gốc nước hiện tại.
Mặc dù nhiều chuyên gia trong ngành thường so sánh trực tiếp lớp phủ gốc nước với lớp phủ UV, nhưng đây không phải là sự so sánh thực tế và có thể gây hiểu lầm. Lớp phủ UV thực chất chỉ là một phần nhỏ trong quy trình phủ UV.
Hình 1. Quy trình tham gia dự án
UV là một quy trình
Công nghệ UV mang lại những lợi ích đáng kể về môi trường, cải tiến quy trình tổng thể, nâng cao hiệu suất sản phẩm và, đúng vậy, tiết kiệm chi phí sơn phủ trên mỗi mét dài. Để triển khai thành công một dự án sơn phủ UV, cần xem xét UV như một quy trình gồm ba thành phần chính – 1) khách hàng, 2) nhà tích hợp thiết bị ứng dụng và xử lý UV và 3) đối tác công nghệ sơn phủ.
Cả ba yếu tố này đều rất quan trọng đối với việc lập kế hoạch và triển khai thành công hệ thống phủ UV. Vì vậy, hãy cùng xem xét quy trình tham gia dự án tổng thể (Hình 1). Trong hầu hết các trường hợp, nỗ lực này được dẫn dắt bởi đối tác công nghệ phủ UV.
Chìa khóa cho bất kỳ dự án thành công nào là phải có các bước tương tác được xác định rõ ràng, với tính linh hoạt được tích hợp sẵn và khả năng thích ứng với các loại khách hàng khác nhau và ứng dụng của họ. Bảy giai đoạn tương tác này là nền tảng cho một dự án thành công với khách hàng: 1) thảo luận về quy trình tổng thể; 2) thảo luận về lợi tức đầu tư (ROI); 3) đặc tả sản phẩm; 4) đặc tả quy trình tổng thể; 5) thử nghiệm mẫu; 6) yêu cầu báo giá / đặc tả dự án tổng thể; và 7) duy trì liên lạc.
Các giai đoạn tham gia này có thể được thực hiện tuần tự, một số có thể diễn ra đồng thời hoặc có thể được hoán đổi cho nhau, nhưng tất cả đều phải được hoàn thành. Tính linh hoạt vốn có này mang lại cơ hội thành công cao nhất cho người tham gia. Trong một số trường hợp, việc mời một chuyên gia về quy trình UV làm nguồn lực có kinh nghiệm quý báu trong ngành về tất cả các hình thức công nghệ phủ, nhưng quan trọng nhất là kinh nghiệm vững chắc về quy trình UV, có thể là lựa chọn tốt nhất. Chuyên gia này có thể giải quyết tất cả các vấn đề và đóng vai trò là nguồn lực trung lập để đánh giá các công nghệ phủ một cách đúng đắn và công bằng.
Giai đoạn 1. Thảo luận về quy trình tổng thể
Đây là nơi trao đổi thông tin ban đầu về quy trình hiện tại của khách hàng, với định nghĩa rõ ràng về bố cục hiện tại và các ưu điểm/nhược điểm được xác định rõ. Trong nhiều trường hợp, cần có thỏa thuận bảo mật thông tin (NDA) giữa hai bên. Sau đó, cần xác định rõ ràng các mục tiêu cải tiến quy trình. Các mục tiêu này có thể bao gồm:
Tính bền vững – Giảm thiểu VOC
Giảm thiểu và tối ưu hóa lao động
Chất lượng được cải thiện
Tốc độ dây chuyền tăng lên
Giảm diện tích sàn
Đánh giá chi phí năng lượng
Khả năng bảo trì của hệ thống lớp phủ – phụ tùng thay thế, v.v.
Tiếp theo, các chỉ số cụ thể được xác định dựa trên những cải tiến quy trình đã được nhận diện này.
Giai đoạn 2. Thảo luận về lợi tức đầu tư (ROI).
Việc hiểu rõ lợi tức đầu tư (ROI) của dự án ngay từ giai đoạn đầu rất quan trọng. Mặc dù mức độ chi tiết không cần phải như yêu cầu để được phê duyệt dự án, khách hàng vẫn cần có một bản tóm tắt rõ ràng về chi phí hiện tại. Các chi phí này bao gồm chi phí trên mỗi sản phẩm, mỗi mét dài, v.v.; chi phí năng lượng; chi phí sở hữu trí tuệ (IP); chi phí chất lượng; chi phí vận hành/bảo trì; chi phí bền vững; và chi phí vốn. (Để truy cập các công cụ tính toán ROI, xem cuối bài viết này.)
Giai đoạn 3. Thảo luận về thông số kỹ thuật sản phẩm
Cũng như mọi sản phẩm được sản xuất ngày nay, các thông số kỹ thuật cơ bản của sản phẩm được xác định trong các cuộc thảo luận dự án ban đầu. Đối với các ứng dụng lớp phủ, các thông số kỹ thuật sản phẩm này đã phát triển theo thời gian để đáp ứng nhu cầu sản xuất và thường không được đáp ứng bởi quy trình phủ hiện tại của khách hàng. Chúng tôi gọi đó là “hiện tại so với tương lai”. Đó là sự cân bằng giữa việc hiểu các thông số kỹ thuật sản phẩm hiện tại (mà có thể không được đáp ứng bởi lớp phủ hiện tại) và việc xác định các nhu cầu trong tương lai có tính khả thi (điều này luôn là một sự cân bằng).
Giai đoạn 4. Thông số kỹ thuật tổng thể của quy trình
Hình 2. Những cải tiến quy trình có thể thực hiện khi chuyển từ quy trình sơn phủ gốc nước sang quy trình sơn phủ UV.
Khách hàng cần hiểu rõ và xác định chính xác quy trình hiện tại, cùng với những ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp hiện có. Điều này rất quan trọng để nhà tích hợp hệ thống UV có thể hiểu được, từ đó cân nhắc những điểm mạnh và điểm yếu trong quá trình thiết kế hệ thống UV mới. Đây là nơi mà quy trình UV mang lại những lợi thế đáng kể, bao gồm tăng tốc độ phủ lớp, giảm diện tích mặt bằng cần thiết và giảm nhiệt độ và độ ẩm (xem Hình 2). Một chuyến thăm chung đến nhà máy sản xuất của khách hàng rất được khuyến khích và sẽ tạo ra một khuôn khổ tuyệt vời để hiểu nhu cầu và yêu cầu của khách hàng.
Giai đoạn 5. Trình diễn và chạy thử nghiệm
Khách hàng và nhà tích hợp hệ thống UV cũng nên đến thăm cơ sở sản xuất của nhà cung cấp lớp phủ để mọi người có thể tham gia vào quá trình mô phỏng quy trình phủ UV của khách hàng. Trong quá trình này, nhiều ý tưởng và đề xuất mới sẽ xuất hiện khi các hoạt động sau đây diễn ra:
Mô phỏng, mẫu và thử nghiệm
So sánh hiệu quả bằng cách thử nghiệm các sản phẩm sơn phủ cạnh tranh.
Xem xét lại các phương pháp thực hành tốt nhất
Xem xét lại các quy trình chứng nhận chất lượng
Gặp gỡ các nhà tích hợp tia cực tím
Xây dựng kế hoạch hành động chi tiết cho giai đoạn tiếp theo.
Giai đoạn 6. Yêu cầu báo giá / Đặc tả tổng thể dự án
Tài liệu yêu cầu báo giá (RFQ) của khách hàng cần bao gồm tất cả thông tin và yêu cầu liên quan đến hoạt động phủ UV mới như đã được xác định trong các cuộc thảo luận về quy trình. Tài liệu này cần tích hợp các phương pháp thực hành tốt nhất được xác định bởi công ty công nghệ phủ UV, có thể bao gồm việc gia nhiệt lớp phủ thông qua hệ thống gia nhiệt bằng nước đến đầu súng phun; gia nhiệt và khuấy trộn thùng chứa; và cân để đo lượng lớp phủ tiêu thụ.
Giai đoạn 7. Giao tiếp liên tục
Phương tiện liên lạc giữa khách hàng, nhà tích hợp hệ thống UV và công ty sản xuất lớp phủ UV là rất quan trọng và cần được khuyến khích. Công nghệ hiện nay giúp việc lên lịch và tham gia các cuộc gọi hội nghị trực tuyến thường xuyên trở nên rất thuận tiện. Không nên có bất ngờ nào xảy ra khi thiết bị hoặc hệ thống UV được lắp đặt.
Kết quả đạt được bởi nhà sản xuất ống
Một yếu tố quan trọng cần xem xét trong bất kỳ dự án phủ UV nào là tiết kiệm chi phí tổng thể. Trong trường hợp này, nhà sản xuất đã tiết kiệm được chi phí ở nhiều lĩnh vực, bao gồm chi phí năng lượng, chi phí nhân công và vật tư tiêu hao cho lớp phủ.
Chi phí năng lượng - So sánh tia cực tím dùng vi sóng với gia nhiệt cảm ứng
Trong các hệ thống sơn phủ gốc nước thông thường, cần phải gia nhiệt ống trước hoặc sau khi chiếu xạ. Máy gia nhiệt cảm ứng đắt tiền, tiêu thụ nhiều năng lượng và có thể gặp nhiều vấn đề về bảo trì. Ngoài ra, dung dịch gốc nước yêu cầu công suất gia nhiệt cảm ứng 200 kW so với 90 kW của đèn UV vi sóng.
Bảng 1. Tiết kiệm chi phí hơn 100 kWh/giờ khi sử dụng hệ thống UV vi sóng 10 đèn so với hệ thống gia nhiệt cảm ứng.
Như thể hiện trong Bảng 1, nhà sản xuất ống đã tiết kiệm được hơn 100 kWh mỗi giờ sau khi áp dụng công nghệ phủ UV, đồng thời giảm chi phí năng lượng hơn 71.000 đô la mỗi năm.
Hình 3. Minh họa mức tiết kiệm chi phí điện hàng năm
Việc tiết kiệm chi phí nhờ giảm tiêu thụ năng lượng được ước tính dựa trên giá điện ước tính là 14,33 cent/kWh. Mức giảm 100 kWh/giờ tiêu thụ năng lượng, được tính toán trên hai ca làm việc trong 50 tuần mỗi năm (năm ngày một tuần, 20 giờ một ca), dẫn đến khoản tiết kiệm là 71.650 đô la như minh họa trong Hình 3.
Giảm chi phí nhân công – Nhân viên vận hành và bảo trì
Khi các doanh nghiệp sản xuất tiếp tục đánh giá chi phí nhân công, quy trình xử lý bằng tia cực tím (UV) mang lại những lợi ích tiết kiệm đáng kể về thời gian làm việc của người vận hành và nhân viên bảo trì. Với các lớp phủ gốc nước, lớp phủ ướt có thể đông cứng trên thiết bị xử lý vật liệu ở giai đoạn sau, và cuối cùng phải được loại bỏ.
Các công nhân vận hành của nhà máy đã dành tổng cộng 28 giờ mỗi tuần để loại bỏ/làm sạch lớp phủ gốc nước khỏi thiết bị xử lý vật liệu ở khâu sau.
Ngoài việc tiết kiệm chi phí (ước tính 28 giờ lao động x 36 đô la [chi phí phát sinh] mỗi giờ = 1.008 đô la mỗi tuần hoặc 50.400 đô la mỗi năm), yêu cầu về sức lao động thể chất đối với người vận hành có thể gây khó chịu, tốn thời gian và thậm chí nguy hiểm.
Khách hàng đặt mục tiêu làm sạch lớp phủ mỗi quý, với chi phí nhân công là 1.900 đô la mỗi quý, cộng với chi phí loại bỏ lớp phủ phát sinh, tổng cộng là 2.500 đô la. Tổng số tiền tiết kiệm được mỗi năm là 10.000 đô la.
Tiết kiệm chi phí sơn phủ – Sơn gốc nước so với sơn UV
Sản lượng ống tại địa điểm của khách hàng là 12.000 tấn mỗi tháng với đường kính ống 9,625 inch. Tính trung bình, con số này tương đương với khoảng 570.000 feet tuyến tính / ~ 12.700 chiếc. Quy trình ứng dụng công nghệ phủ UV mới bao gồm súng phun thể tích lớn/áp suất thấp với độ dày mục tiêu điển hình là 1,5 mil. Quá trình sấy khô được thực hiện bằng cách sử dụng đèn vi sóng UV Heraeus. Chi phí tiết kiệm được từ lớp phủ và chi phí vận chuyển/xử lý nội bộ được tóm tắt trong Bảng 2 và 3.
Bảng 2. So sánh chi phí sơn phủ – Sơn UV so với sơn gốc nước trên mỗi mét dài
Bảng 3. Tiết kiệm thêm nhờ giảm chi phí vận chuyển đầu vào và giảm thiểu việc xử lý vật liệu tại công trường.
Ngoài ra, còn có thể tiết kiệm thêm chi phí nguyên vật liệu và nhân công, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất.
Lớp phủ UV có thể tái sử dụng (lớp phủ gốc nước thì không), cho phép đạt hiệu quả ít nhất 96%.
Người vận hành sẽ dành ít thời gian hơn cho việc vệ sinh và bảo trì thiết bị thi công vì lớp phủ UV không bị khô trừ khi tiếp xúc với năng lượng tia cực tím cường độ cao.
Tốc độ sản xuất nhanh hơn, và khách hàng có tiềm năng tăng tốc độ sản xuất từ 100 feet mỗi phút lên 150 feet mỗi phút – tăng 50%.
Thiết bị xử lý bằng tia cực tím thường có chu trình xả rửa tích hợp, được theo dõi và lên lịch dựa trên số giờ vận hành sản xuất. Chu trình này có thể được điều chỉnh theo nhu cầu của khách hàng, giúp giảm thiểu nhân lực cần thiết cho việc vệ sinh hệ thống.
Trong ví dụ này, khách hàng đã tiết kiệm được 1.277.400 đô la chi phí mỗi năm.
giảm VOC
Việc áp dụng công nghệ phủ UV cũng giúp giảm lượng VOC, như thể hiện trong Hình 4.
Hình 4. Giảm lượng VOC nhờ ứng dụng lớp phủ UV.
Phần kết luận
Công nghệ sơn phủ UV cho phép các nhà sản xuất ống loại bỏ gần như hoàn toàn VOC trong quá trình sơn phủ, đồng thời mang lại quy trình sản xuất bền vững giúp cải thiện năng suất và hiệu suất tổng thể của sản phẩm. Hệ thống sơn phủ UV cũng giúp tiết kiệm chi phí đáng kể. Như đã nêu trong bài viết này, tổng số tiền khách hàng tiết kiệm được vượt quá 1.200.000 đô la mỗi năm, đồng thời loại bỏ hơn 154.000 pound khí thải VOC.
Để biết thêm thông tin và truy cập các công cụ tính toán ROI, hãy truy cập www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Để biết thêm về các cải tiến quy trình và ví dụ về công cụ tính toán ROI, hãy truy cập www.uvebtechnology.com.
THANH BÊN LỀ
Tính bền vững/Ưu điểm về môi trường của quy trình phủ UV:
Không chứa hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)
Không có chất gây ô nhiễm không khí nguy hại (HAPs)
Không bắt lửa
Không chứa dung môi, nước hoặc chất độn.
Không có vấn đề về độ ẩm hoặc nhiệt độ trong quá trình sản xuất.
Những cải tiến tổng thể trong quy trình nhờ lớp phủ UV:
Tốc độ sản xuất nhanh, lên tới 800 đến 900 feet mỗi phút, tùy thuộc vào kích thước sản phẩm.
Kích thước nhỏ gọn, chiều dài dưới 35 feet (khoảng 9,6 mét).
Công việc đang tiến hành ở mức tối thiểu
Khô tức thì, không cần xử lý sau khi đóng rắn.
Không có vấn đề gì về lớp phủ ướt ở khâu sau.
Không cần điều chỉnh lớp phủ cho các vấn đề về nhiệt độ hoặc độ ẩm.
Không cần xử lý/bảo quản đặc biệt trong thời gian đổi ca, bảo trì hoặc ngừng hoạt động cuối tuần.
Giảm chi phí nhân công liên quan đến vận hành và bảo trì.
Khả năng thu hồi lượng sơn thừa, lọc lại và đưa trở lại hệ thống sơn phủ.
Cải thiện hiệu suất sản phẩm nhờ lớp phủ UV:
Kết quả kiểm tra độ ẩm được cải thiện
Kết quả thử nghiệm sương muối tuyệt vời
Khả năng điều chỉnh các thuộc tính và màu sắc của lớp phủ
Có sẵn các loại sơn phủ trong suốt, sơn kim loại và nhiều màu sắc khác.
Chi phí sơn phủ trên mỗi mét dài thấp hơn như được thể hiện qua công cụ tính toán ROI:
Thời gian đăng bài: 14/12/2023
