القضاء على انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة باستخدام تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية: دراسة حالة

بقلم مايكل كيلي، من شركة Allied PhotoChemical، وديفيد هاجود، من شركة Finishing Technology Solutions
تخيل القدرة على التخلص من جميع المركبات العضوية المتطايرة تقريبًا في عملية تصنيع الأنابيب، أي ما يعادل عشرات الآلاف من الأرطال من هذه المركبات سنويًا. وتخيل أيضًا إمكانية الإنتاج بسرعات أعلى وبمعدل إنتاج أكبر وتكلفة أقل لكل قطعة/قدم طولي.

تُعدّ عمليات التصنيع المستدامة أساسية لتحقيق تصنيع أكثر كفاءةً وفعاليةً في سوق أمريكا الشمالية. ويمكن قياس الاستدامة بطرق متنوعة:
خفض المركبات العضوية المتطايرة
استهلاك أقل للطاقة
قوة عاملة مُحسّنة
زيادة سرعة الإنتاج التصنيعي (المزيد بموارد أقل)
استخدام أكثر كفاءة لرأس المال
بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من تركيبات ما سبق

طبّقت شركة رائدة في تصنيع الأنابيب مؤخرًا استراتيجية جديدة لعمليات الطلاء. كانت منصات الطلاء السابقة المعتمدة لدى الشركة تعتمد على الطلاء المائي، الذي يتميز بارتفاع نسبة المركبات العضوية المتطايرة وقابليته للاشتعال. أما منصة الطلاء المستدامة التي تم تطبيقها فهي تقنية طلاء بالأشعة فوق البنفسجية (UV) بنسبة 100%. تتناول هذه المقالة المشكلة الأولية التي واجهها العميل، وعملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، والتحسينات الشاملة التي أُدخلت على العملية، وتوفير التكاليف، وخفض نسبة المركبات العضوية المتطايرة.
عمليات الطلاء في صناعة الأنابيب
كان المصنّع يستخدم عملية طلاء مائية خلّفت فوضى، كما هو موضح في الصورتين 1أ و1ب. لم تقتصر أضرار هذه العملية على هدر مواد الطلاء فحسب، بل خلقت أيضًا خطرًا على أرضية المصنع، مما زاد من التعرّض للمركبات العضوية المتطايرة وخطر نشوب الحرائق. إضافةً إلى ذلك، كان العميل يرغب في تحسين أداء الطلاء مقارنةً بعملية الطلاء المائية الحالية.

على الرغم من أن العديد من خبراء الصناعة يقارنون الطلاءات المائية بالطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية بشكل مباشر، إلا أن هذه المقارنة غير واقعية وقد تكون مضللة. فالطلاء المعالج بالأشعة فوق البنفسجية هو في الواقع جزء من عملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية.

الشكل 1. عملية المشاركة في المشروع

الأشعة فوق البنفسجية هي عملية
تُعدّ المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية عمليةً تُوفّر مزايا بيئية كبيرة، وتحسينات شاملة في العملية، وأداءً أفضل للمنتج، فضلاً عن توفير في تكلفة الطلاء لكل قدم طولي. ولتنفيذ مشروع طلاء بالأشعة فوق البنفسجية بنجاح، يجب النظر إلى هذه العملية على أنها تتكون من ثلاثة عناصر رئيسية: 1) العميل، 2) مُكامل معدات تطبيق ومعالجة الأشعة فوق البنفسجية، 3) شريك تكنولوجيا الطلاء.

تُعدّ هذه العناصر الثلاثة جميعها بالغة الأهمية لنجاح تخطيط وتنفيذ نظام طلاء بالأشعة فوق البنفسجية. لذا، دعونا نلقي نظرة على عملية المشاركة في المشروع بشكل عام (الشكل 1). في معظم الحالات، يتولى شريك تكنولوجيا الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية قيادة هذا الجهد.

يكمن سر نجاح أي مشروع في وجود خطوات تفاعلية محددة بوضوح، تتسم بالمرونة والقدرة على التكيف مع مختلف أنواع العملاء وتطبيقاتهم. تشكل مراحل التفاعل السبع التالية أساسًا لتفاعل ناجح مع العميل: 1) مناقشة شاملة للعملية؛ 2) مناقشة العائد على الاستثمار؛ 3) مواصفات المنتج؛ 4) مواصفات شاملة للعملية؛ 5) تجارب العينات؛ 6) طلب عرض الأسعار / مواصفات المشروع الشاملة؛ 7) التواصل المستمر.

يمكن اتباع مراحل المشاركة هذه بالتتابع، أو يمكن تنفيذ بعضها في الوقت نفسه، أو يمكن تبديلها، ولكن يجب إتمامها جميعًا. توفر هذه المرونة المدمجة أعلى فرصة للنجاح للمشاركين. في بعض الحالات، قد يكون من الأفضل الاستعانة بخبير في عمليات الأشعة فوق البنفسجية، لما يتمتع به من خبرة صناعية قيّمة في جميع أنواع تقنيات الطلاء، والأهم من ذلك، خبرة واسعة في عمليات الأشعة فوق البنفسجية. يستطيع هذا الخبير معالجة جميع المشكلات والعمل كمصدر محايد لتقييم تقنيات الطلاء بشكل صحيح وعادل.

المرحلة الأولى: مناقشة العملية الشاملة
هنا يتم تبادل المعلومات الأولية حول عملية العميل الحالية، مع تحديد واضح للتصميم الحالي ونقاط القوة والضعف. في كثير من الحالات، ينبغي وجود اتفاقية عدم إفصاح متبادلة. بعد ذلك، يتم تحديد أهداف واضحة لتحسين العملية، والتي قد تشمل ما يلي:
الاستدامة – الحد من المركبات العضوية المتطايرة
تقليل العمالة وتحسينها
جودة محسّنة
زيادة سرعة الخط
تقليص مساحة الأرضية
مراجعة تكاليف الطاقة
سهولة صيانة نظام الطلاء – قطع الغيار، إلخ.
بعد ذلك، يتم تحديد مقاييس محددة بناءً على تحسينات العمليات المحددة هذه.

المرحلة الثانية: مناقشة العائد على الاستثمار
من المهم فهم عائد الاستثمار للمشروع في مراحله الأولية. مع أن مستوى التفصيل ليس بالضرورة أن يكون بالمستوى المطلوب للموافقة على المشروع، إلا أنه ينبغي أن يكون لدى العميل مخطط واضح للتكاليف الحالية. يجب أن تشمل هذه التكاليف تكلفة المنتج الواحد، وتكلفة المتر الطولي، وما إلى ذلك؛ وتكاليف الطاقة؛ وتكاليف الملكية الفكرية؛ وتكاليف الجودة؛ وتكاليف التشغيل والصيانة؛ وتكاليف الاستدامة؛ وتكلفة رأس المال. (للوصول إلى حاسبات عائد الاستثمار، انظر نهاية هذه المقالة).

المرحلة الثالثة: مناقشة مواصفات المنتج
كما هو الحال مع جميع المنتجات المصنعة اليوم، تُحدد المواصفات الأساسية للمنتج في مناقشات المشروع الأولية. وفيما يتعلق بتطبيقات الطلاء، فقد تطورت هذه المواصفات بمرور الوقت لتلبية احتياجات الإنتاج، وعادةً ما لا تُلبى هذه الاحتياجات باستخدام عملية الطلاء الحالية لدى العميل. نُطلق على هذا "الوضع الراهن مقابل المستقبل". إنه توازن دقيق بين فهم مواصفات المنتج الحالية (التي قد لا تُلبى باستخدام الطلاء الحالي) وتحديد الاحتياجات المستقبلية الواقعية (وهو أمر يتطلب دائمًا توازنًا دقيقًا).

المرحلة الرابعة: مواصفات العملية العامة

الشكل 2. تحسينات العملية المتاحة عند الانتقال من عملية الطلاء المائي إلى عملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية

ينبغي على العميل فهم وتحديد العملية الحالية فهمًا كاملًا، إلى جانب إيجابيات وسلبيات الممارسات المتبعة. يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية لمُكامل أنظمة الأشعة فوق البنفسجية، حتى يتسنى مراعاة الجوانب الإيجابية والسلبية عند تصميم نظام الأشعة فوق البنفسجية الجديد. وهنا تبرز المزايا الكبيرة التي توفرها عملية الأشعة فوق البنفسجية، والتي تشمل زيادة سرعة الطلاء، وتقليل المساحة المطلوبة، وخفض درجات الحرارة والرطوبة (انظر الشكل 2). يُنصح بشدة بزيارة مشتركة لمصنع العميل، إذ تُوفّر هذه الزيارة إطارًا ممتازًا لفهم احتياجاته ومتطلباته.

المرحلة الخامسة: العرض التوضيحي والتجارب العملية
ينبغي على العميل ومُكامل أنظمة الأشعة فوق البنفسجية زيارة منشأة مورد الطلاءات لإتاحة الفرصة للجميع للمشاركة في محاكاة عملية طلاء الأشعة فوق البنفسجية الخاصة بالعميل. وخلال هذه الزيارة، ستظهر العديد من الأفكار والاقتراحات الجديدة مع تنفيذ الأنشطة التالية:
المحاكاة والعينات والاختبار
قياس الأداء من خلال اختبار منتجات الطلاء المنافسة
مراجعة أفضل الممارسات
مراجعة إجراءات اعتماد الجودة
تعرّف على مُكاملِي أنظمة الأشعة فوق البنفسجية
وضع خطة عمل مفصلة للمضي قدماً

المرحلة السادسة: طلب عرض أسعار / المواصفات العامة للمشروع
ينبغي أن تتضمن وثيقة طلب عروض الأسعار من العميل جميع المعلومات والمتطلبات ذات الصلة بعملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية الجديدة، كما هو محدد في مناقشات العملية. ويجب أن تتضمن الوثيقة أفضل الممارسات التي حددتها شركة تكنولوجيا الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، والتي قد تشمل تسخين الطلاء باستخدام نظام تسخين مائي حتى فوهة المسدس؛ والتسخين والتحريك؛ وموازين لقياس استهلاك الطلاء.

المرحلة السابعة: التواصل المستمر
تُعدّ وسائل التواصل بين العميل ومُكامل أنظمة الأشعة فوق البنفسجية وشركة الطلاءات المُعالجة بها بالغة الأهمية، وينبغي تشجيعها. تُسهّل التكنولوجيا اليوم جدولة اجتماعات دورية عبر منصات مثل زووم والمشاركة فيها. يجب تجنّب أي مفاجآت عند تركيب معدات أو أنظمة الأشعة فوق البنفسجية.

النتائج التي حققها مصنع الأنابيب
يُعدّ خفض التكاليف الإجمالية جانباً بالغ الأهمية في أي مشروع طلاء بالأشعة فوق البنفسجية. في هذه الحالة، حقق المصنّع وفورات في عدة مجالات، بما في ذلك تكاليف الطاقة والعمالة ومواد الطلاء الاستهلاكية.

تكاليف الطاقة – التسخين بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام الميكروويف مقابل التسخين بالحث
في أنظمة الطلاء المائية التقليدية، يلزم تسخين الأنبوب قبل أو بعد التسخين الحثي. وتُعدّ أجهزة التسخين الحثي مكلفة وتستهلك طاقة عالية، وقد تُسبب مشاكل صيانة كبيرة. إضافةً إلى ذلك، يتطلب الحل المائي 200 كيلوواط من الطاقة لتشغيل جهاز التسخين الحثي، مقارنةً بـ 90 كيلوواط فقط تستهلكها مصابيح الأشعة فوق البنفسجية التي تعمل بالميكروويف.

الجدول 1. توفير في التكاليف يزيد عن 100 كيلوواط/ساعة باستخدام نظام ميكروويف بالأشعة فوق البنفسجية مكون من 10 مصابيح مقابل نظام تسخين بالحث
كما هو موضح في الجدول 1، حقق مصنع الأنابيب وفورات تزيد عن 100 كيلوواط في الساعة بعد تطبيق تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، مع خفض تكاليف الطاقة بأكثر من 71000 دولار سنويًا.

الشكل 3. توضيح لتوفير تكاليف الكهرباء السنوية
تم تقدير وفورات التكاليف الناتجة عن هذا الانخفاض في استهلاك الطاقة بناءً على تكلفة تقديرية للكهرباء تبلغ 14.33 سنتًا/كيلوواط ساعة. ويؤدي انخفاض استهلاك الطاقة بمقدار 100 كيلوواط/ساعة، محسوبًا على مدار نوبتين عمل لمدة 50 أسبوعًا في السنة (خمسة أيام في الأسبوع، 20 ساعة لكل نوبة)، إلى توفير قدره 71,650 دولارًا أمريكيًا، كما هو موضح في الشكل 3.

خفض تكاليف العمالة - المشغلون والصيانة
مع استمرار الشركات الصناعية في تقييم تكاليف العمالة، توفر عملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية وفورات كبيرة في ساعات عمل المشغلين وفنيي الصيانة. أما مع الطلاءات المائية، فقد يتصلب الطلاء الرطب على معدات مناولة المواد، مما يستدعي إزالته لاحقًا.

استهلك مشغلو منشأة التصنيع ما مجموعه 28 ساعة أسبوعيًا لإزالة / تنظيف الطلاء المائي من معدات مناولة المواد في المراحل اللاحقة.

بالإضافة إلى توفير التكاليف (ما يقدر بـ 28 ساعة عمل × 36 دولارًا [تكلفة مُثقلة] لكل ساعة = 1008.00 دولارًا في الأسبوع أو 50400 دولارًا في السنة)، فإن متطلبات العمل البدني للمشغلين يمكن أن تكون محبطة وتستغرق وقتًا طويلاً وخطيرة بشكل صريح.

استهدف العميل تنظيف الطلاء لكل ربع سنة، بتكاليف عمالة تبلغ 1900 دولار لكل ربع سنة، بالإضافة إلى تكاليف إزالة الطلاء المتكبدة، ليصبح المجموع 2500 دولار. وبلغ إجمالي الوفورات السنوية 10000 دولار.

توفير تكاليف الطلاء - الطلاء المائي مقابل الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية
بلغ إنتاج الأنابيب في موقع العميل 12,000 طن شهريًا من أنابيب قطرها 9.625 بوصة. وباختصار، يُعادل هذا حوالي 570,000 قدم طولي / 12,700 قطعة تقريبًا. تضمنت عملية تطبيق تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية الجديدة استخدام مسدسات رش عالية التدفق ومنخفضة الضغط، بسماكة مستهدفة نموذجية تبلغ 1.5 ميل. وتمت عملية المعالجة باستخدام مصابيح الميكروويف فوق البنفسجية من هيرايوس. يلخص الجدولان 2 و3 وفورات تكاليف الطلاء والنقل/المناولة الداخلية.

الجدول 2. مقارنة تكلفة الطلاء - الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية مقابل الطلاء المائي لكل قدم طولي

الجدول 3. وفورات إضافية ناتجة عن انخفاض تكاليف النقل الواردة وتقليل مناولة المواد في الموقع

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحقيق وفورات إضافية في تكاليف المواد والعمالة وزيادة كفاءة الإنتاج.
الطلاءات المقاومة للأشعة فوق البنفسجية قابلة للاسترداد (الطلاءات المائية ليست كذلك)، مما يسمح بكفاءة لا تقل عن 96٪.

يقضي المشغلون وقتاً أقل في تنظيف وصيانة معدات التطبيق لأن الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية لا يجف إلا عند تعرضه لطاقة الأشعة فوق البنفسجية عالية الكثافة.

أصبحت سرعات الإنتاج أسرع، ولدى العميل القدرة على زيادة سرعات الإنتاج من 100 قدم في الدقيقة إلى 150 قدم في الدقيقة - أي بزيادة قدرها 50٪.

تحتوي معدات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية عادةً على دورة تنظيف مدمجة، يتم تتبعها وجدولتها حسب ساعات تشغيل الإنتاج. ويمكن تعديل هذه الدورة وفقًا لاحتياجات العميل، مما يقلل من الحاجة إلى العمالة اللازمة لتنظيف النظام.

في هذا المثال، حقق العميل وفورات في التكاليف قدرها 1,277,400 دولار أمريكي سنوياً.

خفض المركبات العضوية المتطايرة
كما أدى تطبيق تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية إلى تقليل المركبات العضوية المتطايرة، كما هو موضح في الشكل 4.

الشكل 4. انخفاض المركبات العضوية المتطايرة نتيجة لتطبيق طلاء الأشعة فوق البنفسجية

خاتمة
تتيح تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية لمصنعي الأنابيب التخلص شبه التام من المركبات العضوية المتطايرة في عمليات الطلاء، مع توفير عملية تصنيع مستدامة تُحسّن الإنتاجية وأداء المنتج بشكل عام. كما تُحقق أنظمة الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية وفورات كبيرة في التكاليف. وكما هو موضح في هذه المقالة، تجاوزت الوفورات الإجمالية للعميل 1,200,000 دولار أمريكي سنويًا، بالإضافة إلى خفض انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة بأكثر من 154,000 رطل.

للحصول على مزيد من المعلومات والوصول إلى حاسبات العائد على الاستثمار، تفضل بزيارة الموقع الإلكتروني www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. ولمزيد من التحسينات على العمليات ومثال على حاسبة العائد على الاستثمار، تفضل بزيارة الموقع الإلكتروني www.uvebtechnology.com.

الشريط الجانبي
مزايا عملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية من حيث الاستدامة / المزايا البيئية:
لا يحتوي على مركبات عضوية متطايرة (VOCs)
لا توجد ملوثات هواء خطرة (HAPs)
غير قابل للاشتعال
لا يحتوي على مذيبات أو مياه أو مواد مالئة
لا توجد مشاكل في إنتاج الرطوبة أو درجة الحرارة

التحسينات الشاملة للعمليات التي توفرها الطلاءات المقاومة للأشعة فوق البنفسجية:
سرعات إنتاج سريعة تصل إلى 800 إلى 900 قدم في الدقيقة، حسب حجم المنتج
مساحة مادية صغيرة تقل عن 35 قدمًا (طول خطي)
الحد الأدنى من العمل قيد التنفيذ
يجف فورًا دون الحاجة إلى معالجة لاحقة
لا توجد مشاكل في الطلاء الرطب في اتجاه مجرى المياه
لا حاجة لتعديل الطلاء بسبب مشاكل درجة الحرارة أو الرطوبة
لا يتطلب الأمر أي مناولة أو تخزين خاص أثناء تغيير الورديات أو الصيانة أو فترات الإغلاق في عطلة نهاية الأسبوع.
انخفاض تكاليف القوى العاملة المرتبطة بالمشغلين والصيانة
القدرة على استعادة الرذاذ الزائد، وإعادة ترشيحه، وإعادته إلى نظام الطلاء

تحسين أداء المنتج باستخدام الطلاءات المقاومة للأشعة فوق البنفسجية:
نتائج محسّنة لاختبار الرطوبة
نتائج اختبارات الضباب الملحي العظيم
القدرة على تعديل خصائص الطلاء ولونه
تتوفر طبقات طلاء شفافة، وألوان معدنية، وألوان أخرى.

انخفاض تكاليف الطلاء لكل قدم طولي كما هو موضح في حاسبة العائد على الاستثمار: