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

بواسطة مايكل كيلي، شركة Allied PhotoChemical، وديفيد هاجود، شركة Finishing Technology Solutions
تخيل أنك قادر على التخلص تقريبًا من جميع المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) في عملية تصنيع الأنابيب والأنابيب، أي ما يعادل 10000 رطل من المركبات العضوية المتطايرة سنويًا. تخيل أيضًا الإنتاج بسرعات أعلى مع إنتاجية أكبر وتكلفة أقل لكل جزء/قدم خطي.

تعد عمليات التصنيع المستدامة أمرًا أساسيًا للدفع نحو تصنيع أكثر كفاءة وتحسينًا في سوق أمريكا الشمالية. يمكن قياس الاستدامة بعدة طرق:
تقليل المركبات العضوية المتطايرة
استخدام أقل للطاقة
القوى العاملة الأمثل
إنتاج تصنيع أسرع (أكثر بتكلفة أقل)
استخدام أكثر كفاءة لرأس المال
بالإضافة إلى العديد من المجموعات المذكورة أعلاه

في الآونة الأخيرة، نفذت إحدى الشركات الرائدة في تصنيع الأنابيب استراتيجية جديدة لعمليات الطلاء الخاصة بها. كانت منصات الطلاء السابقة للشركة المصنعة تعتمد على الماء، وهي تحتوي على نسبة عالية من المركبات العضوية المتطايرة وقابلة للاشتعال أيضًا. كانت منصة الطلاء المستدامة التي تم تنفيذها عبارة عن تقنية طلاء بالأشعة فوق البنفسجية للمواد الصلبة بنسبة 100%. في هذه المقالة، يتم تلخيص المشكلة الأولية للعميل، وعملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، والتحسينات الشاملة للعملية، وتوفير التكاليف وتقليل المركبات العضوية المتطايرة.
عمليات الطلاء في صناعة الأنابيب
كانت الشركة المصنعة تستخدم عملية طلاء ذات أساس مائي خلفت وراءها فوضى، كما هو موضح في الصورتين 1أ و1ب. لم تؤد هذه العملية إلى إهدار مواد الطلاء فحسب، بل خلقت أيضًا خطرًا على أرضية المتجر مما أدى إلى زيادة التعرض للمركبات العضوية المتطايرة وخطر الحريق. بالإضافة إلى ذلك، أراد العميل تحسين أداء الطلاء مقارنةً بعملية الطلاء المائي الحالية.

في حين أن العديد من خبراء الصناعة سيقارنون مباشرة بين الطلاءات ذات الأساس المائي والطلاءات فوق البنفسجية، إلا أن هذه ليست مقارنة واقعية ويمكن أن تكون مضللة. طلاء الأشعة فوق البنفسجية الفعلي هو مجموعة فرعية من عملية طلاء الأشعة فوق البنفسجية.

الشكل 1. عملية المشاركة في المشروع

الأشعة فوق البنفسجية هي عملية
الأشعة فوق البنفسجية هي عملية توفر مزايا بيئية كبيرة، وتحسينات شاملة للعملية، وتحسين أداء المنتج، ونعم، توفير في الطلاء لكل قدم خطي. من أجل التنفيذ الناجح لمشروع الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، يجب النظر إلى الأشعة فوق البنفسجية كعملية مكونة من ثلاثة مكونات رئيسية - 1) العميل، 2) تطبيق الأشعة فوق البنفسجية ومتكامل معدات المعالجة و3) شريك تكنولوجيا الطلاء.

كل هذه العناصر الثلاثة ضرورية للتخطيط والتنفيذ الناجح لنظام طلاء للأشعة فوق البنفسجية. لذا، دعونا نلقي نظرة على عملية المشاركة الشاملة في المشروع (الشكل 1). في معظم الحالات، يقود هذا الجهد شريك تكنولوجيا الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية.

إن مفتاح أي مشروع ناجح هو أن يكون لديه خطوات مشاركة محددة بوضوح، مع المرونة المضمنة والقدرة على التكيف مع أنواع مختلفة من العملاء وتطبيقاتهم. تعتبر مراحل المشاركة السبع هذه أساسًا لمشاركة ناجحة في المشروع مع العميل: 1) مناقشة العملية الشاملة؛ 2) مناقشة عائد الاستثمار؛ 3) مواصفات المنتج؛ 4) مواصفات العملية الشاملة؛ 5) تجارب العينة؛ 6) طلب عرض الأسعار / مواصفات المشروع الشاملة؛ و 7) التواصل المستمر.

ويمكن متابعة مراحل المشاركة هذه بشكل تسلسلي، وقد يحدث بعضها في نفس الوقت أو يمكن تبادلها، ولكن يجب إكمالها جميعًا. توفر هذه المرونة المضمنة أعلى فرصة للنجاح للمشاركين. في بعض الحالات، قد يكون من الأفضل الاستعانة بخبير في عمليات الأشعة فوق البنفسجية كمورد يتمتع بخبرة صناعية قيمة في جميع أشكال تكنولوجيا الطلاء، ولكن الأهم من ذلك، هو الخبرة القوية في عمليات الأشعة فوق البنفسجية. يمكن لهذا الخبير التنقل في جميع المشكلات والعمل كمورد محايد لتقييم تقنيات الطلاء بشكل صحيح وعادل.

المرحلة 1. مناقشة العملية الشاملة
هذا هو المكان الذي يتم فيه تبادل المعلومات الأولية المتعلقة بالعملية الحالية للعميل، مع تعريف واضح للتخطيط الحالي وتحديد الإيجابيات/السلبيات بوضوح. في كثير من الحالات، يجب وضع اتفاقية عدم الإفصاح المتبادل (NDA). ومن ثم ينبغي تحديد أهداف تحسين العملية المحددة بوضوح. يمكن أن تشمل هذه:
الاستدامة – تقليل المركبات العضوية المتطايرة
تخفيض العمالة والتحسين
تحسين الجودة
زيادة سرعة الخط
تقليل مساحة الأرضية
مراجعة تكاليف الطاقة
إمكانية صيانة نظام الطلاء – قطع الغيار، إلخ.
بعد ذلك، يتم تحديد مقاييس محددة بناءً على تحسينات العملية المحددة.

المرحلة 2. مناقشة العائد على الاستثمار (ROI).
من المهم فهم عائد الاستثمار للمشروع في المراحل الأولية. في حين أن مستوى التفاصيل لا يلزم أن يكون المستوى المطلوب للموافقة على المشروع، إلا أنه يجب أن يكون لدى العميل مخطط واضح للتكاليف الحالية. وينبغي أن تشمل هذه التكلفة لكل منتج، لكل قدم طولي، وما إلى ذلك؛ تكاليف الطاقة تكاليف الملكية الفكرية (IP)؛ تكاليف الجودة؛ تكاليف المشغل / الصيانة؛ تكاليف الاستدامة؛ وتكلفة رأس المال. (للوصول إلى حاسبات عائد الاستثمار، راجع نهاية هذه المقالة.)

المرحلة 3. مناقشة مواصفات المنتج
كما هو الحال مع كل منتج يتم تصنيعه اليوم، يتم تحديد مواصفات المنتج الأساسية في المناقشات الأولية للمشروع. فيما يتعلق بتطبيقات الطلاء، تطورت مواصفات المنتج هذه بمرور الوقت لتلبية احتياجات الإنتاج وعادةً لا يتم تلبيتها مع عملية الطلاء الحالية للعميل. نحن نسميها "اليوم مقابل الغد". إنها عملية موازنة بين فهم مواصفات المنتج الحالية (والتي قد لا يتم تلبيتها بالطلاء الحالي) وتحديد الاحتياجات المستقبلية الواقعية (والتي تكون دائمًا عملية توازن).

المرحلة 4. مواصفات العملية الشاملة

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

يجب على العميل أن يفهم ويحدد العملية الحالية بشكل كامل، إلى جانب الإيجابيات والسلبيات للممارسات الحالية. من المهم أن يفهم مسؤول تكامل أنظمة الأشعة فوق البنفسجية ذلك، لذا يمكن أخذ الأشياء التي تسير على ما يرام والأشياء التي لا تسير على ما يرام في تصميم نظام الأشعة فوق البنفسجية الجديد. هذا هو المكان الذي توفر فيه عملية الأشعة فوق البنفسجية مزايا كبيرة يمكن أن تشمل زيادة سرعة الطلاء، وتقليل متطلبات مساحة الأرضية، وانخفاض درجة الحرارة والرطوبة (انظر الشكل 2). يوصى بشدة بالقيام بزيارة مشتركة لمنشأة التصنيع الخاصة بالعميل وتوفر إطارًا رائعًا لفهم احتياجات العميل ومتطلباته.

المرحلة 5. العرض التوضيحي والتشغيل التجريبي
ويجب أيضًا زيارة منشأة مورد الطلاءات من قبل العميل ومتكامل أنظمة الأشعة فوق البنفسجية للسماح للجميع بالمشاركة في محاكاة عملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية الخاصة بالعميل. خلال هذا الوقت، ستظهر العديد من الأفكار والاقتراحات الجديدة أثناء تنفيذ الأنشطة التالية:
المحاكاة والعينات والاختبار
المعيار من خلال اختبار منتجات الطلاء التنافسية
مراجعة أفضل الممارسات
مراجعة إجراءات شهادات الجودة
تعرف على تكاملات الأشعة فوق البنفسجية
تطوير خطة عمل مفصلة للمضي قدمًا

المرحلة 6. طلب ​​عرض الأسعار / المواصفات العامة للمشروع
يجب أن تتضمن وثيقة طلب عرض الأسعار الخاصة بالعميل كافة المعلومات والمتطلبات ذات الصلة بعملية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية الجديدة كما هو محدد في مناقشات العملية. يجب أن تتضمن الوثيقة أفضل الممارسات التي حددتها شركة تكنولوجيا الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، والتي يمكن أن تشمل تسخين الطلاء عبر نظام تسخين مغلف بالماء إلى طرف البندقية؛ حمل التدفئة والإثارة. ومقاييس لقياس استهلاك الطلاء.

المرحلة 7. التواصل المستمر
تعد وسائل الاتصال بين العميل ومتكامل الأشعة فوق البنفسجية وشركة الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية أمرًا بالغ الأهمية ويجب تشجيعها. تجعل التكنولوجيا اليوم من السهل جدًا تحديد موعد والمشاركة في مكالمات Zoom / المؤتمرات العادية. لا ينبغي أن تكون هناك مفاجآت عند تركيب معدات أو نظام الأشعة فوق البنفسجية.

النتائج التي حققتها الشركة المصنعة للأنابيب
أحد المجالات الحاسمة التي يجب مراعاتها في أي مشروع طلاء للأشعة فوق البنفسجية هو توفير التكاليف الإجمالية. في هذه الحالة، حققت الشركة المصنعة وفورات في عدة مجالات، بما في ذلك تكاليف الطاقة وتكاليف العمالة والمواد الاستهلاكية للطلاء.

تكاليف الطاقة – الأشعة فوق البنفسجية التي تعمل بالميكروويف مقابل التسخين التعريفي
في أنظمة الطلاء ذات الأساس المائي النموذجية، هناك حاجة لتسخين الأنبوب قبل أو بعد الحث. تعتبر السخانات التعريفية باهظة الثمن ومستهلكة للطاقة العالية ويمكن أن تواجه مشكلات كبيرة في الصيانة. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب الحل المعتمد على الماء استخدام طاقة السخان التعريفي بقدرة 200 كيلو وات مقابل 90 كيلو وات التي تستخدمها مصابيح الأشعة فوق البنفسجية التي تعمل بالموجات الدقيقة.

الجدول 1. وفورات في التكلفة تزيد عن 100 كيلووات/ساعة باستخدام نظام الأشعة فوق البنفسجية الميكروويف بـ 10 مصابيح مقابل نظام التسخين التعريفي
كما هو موضح في الجدول 1، حققت الشركة المصنعة للأنابيب وفورات تزيد عن 100 كيلووات في الساعة بعد تطبيق تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية، مع تقليل تكاليف الطاقة أيضًا بأكثر من 71000 دولار سنويًا.

الشكل 3. توضيح للوفورات السنوية في تكاليف الكهرباء
تم تقدير التوفير في التكاليف نتيجة لهذا الانخفاض في استهلاك الطاقة على أساس تكلفة الكهرباء المقدرة بـ 14.33 سنتًا/كيلوواط ساعة. يؤدي تقليل استهلاك الطاقة بمقدار 100 كيلووات/ساعة، المحسوب على نوبتين لمدة 50 أسبوعًا في السنة (خمسة أيام في الأسبوع، 20 ساعة لكل نوبة)، إلى توفير قدره 71,650 دولارًا كما هو موضح في الشكل 3.

تخفيض تكلفة العمالة – ​​المشغلين والصيانة
مع استمرار الكيانات الصناعية في تقييم تكاليف العمالة لديها، توفر عملية الأشعة فوق البنفسجية وفورات فريدة فيما يتعلق بساعات عمل المشغل والصيانة. مع الطلاءات ذات الأساس المائي، يمكن للطبقة الرطبة أن تتصلب في اتجاه مجرى النهر على معدات مناولة المواد، والتي يجب إزالتها في النهاية.

استهلك مشغلو منشأة التصنيع إجمالي 28 ساعة أسبوعيًا لإزالة/تنظيف الطلاء المائي من معدات معالجة المواد النهائية.

بالإضافة إلى توفير التكاليف (ما يقدر بـ 28 ساعة عمل × 36 دولارًا أمريكيًا [التكلفة المثقلة] للساعة = 1,008.00 دولارًا أمريكيًا في الأسبوع أو 50,400 دولارًا أمريكيًا في السنة)، يمكن أن تكون متطلبات العمل البدني للمشغلين محبطة وتستغرق وقتًا طويلاً وخطرة تمامًا.

استهدف العميل تنظيف الطلاء لكل ربع سنة، بتكاليف عمالة تبلغ 1,900 دولار أمريكي لكل ربع سنة، بالإضافة إلى تكاليف إزالة الطلاء التي تم تكبدها، بإجمالي 2,500 دولار أمريكي. بلغ إجمالي المدخرات سنويًا 10000 دولار.

توفير الطلاء – ذو الأساس المائي مقابل الأشعة فوق البنفسجية
بلغ إنتاج الأنابيب في موقع العميل 12000 طن شهريًا من الأنابيب بقطر 9.625 بوصة. على أساس موجز، هذا يعادل حوالي 570.000 قدم خطي / ~ 12.700 قطعة. تضمنت عملية تطبيق تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية الجديدة مسدسات رش كبيرة الحجم/منخفضة الضغط بسمك مستهدف نموذجي يبلغ 1.5 مل. تم إجراء المعالجة من خلال استخدام مصابيح الميكروويف Heraeus UV. تم تلخيص التوفير في تكاليف الطلاء وتكاليف النقل/المناولة الداخلية في الجدولين 2 و3.

الجدول 2. مقارنة تكلفة الطلاء - الطلاءات فوق البنفسجية مقابل الطلاءات ذات الأساس المائي لكل قدم خطي

الجدول 3. وفورات إضافية نتيجة لانخفاض تكاليف النقل الواردة وانخفاض التعامل مع المواد في الموقع

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تحقيق وفورات إضافية في تكاليف المواد والعمالة وكفاءة الإنتاج.
الطلاءات فوق البنفسجية قابلة للاسترداد (الطلاءات ذات الأساس المائي ليست كذلك)، مما يسمح بكفاءة تصل إلى 96% على الأقل.

يقضي المشغلون وقتًا أقل في تنظيف وصيانة معدات التطبيق لأن الطبقة فوق البنفسجية لا تجف إلا إذا تعرضت 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 معالجة الأشعة فوق البنفسجية عادةً على دورة تنظيف مدمجة، والتي يتم تتبعها وجدولتها حسب ساعات تشغيل الإنتاج. ويمكن تعديل ذلك وفقًا لاحتياجات العميل، مما يؤدي إلى تقليل القوى العاملة اللازمة لتنظيف النظام.

في هذا المثال، حقق العميل توفيرًا في التكاليف قدره 1,277,400 دولارًا سنويًا.

تقليل المركبات العضوية المتطايرة
كما أدى تنفيذ تكنولوجيا طلاء الأشعة فوق البنفسجية إلى تقليل المركبات العضوية المتطايرة، كما هو موضح في الشكل 4.

الشكل 4. تخفيض المركبات العضوية المتطايرة نتيجة لتنفيذ طلاء للأشعة فوق البنفسجية

خاتمة
تسمح تقنية الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية لمصنعي الأنابيب بالتخلص فعليًا من المركبات العضوية المتطايرة في عمليات الطلاء الخاصة بهم، مع توفير عملية تصنيع مستدامة تعمل على تحسين الإنتاجية والأداء العام للمنتج. تعمل أنظمة الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية أيضًا على تحقيق وفورات كبيرة في التكاليف. كما هو موضح في هذه المقالة، تجاوز إجمالي وفورات العميل 1,200,000 دولار سنويًا، بالإضافة إلى التخلص من أكثر من 154,000 رطل من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة.

لمزيد من المعلومات وللوصول إلى حاسبات عائد الاستثمار، قم بزيارة www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. للحصول على تحسينات إضافية للعملية ومثال لآلة حاسبة عائد الاستثمار، تفضل بزيارة www.uvebtechnology.com.

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

تحسينات العملية الشاملة التي توفرها الطلاءات فوق البنفسجية:
سرعات إنتاج سريعة تصل إلى 800 إلى 900 قدم في الدقيقة، حسب حجم المنتج
بصمة مادية صغيرة تقل عن 35 قدمًا (الطول الخطي)
الحد الأدنى من العمل في العملية
تجفيف فوري دون الحاجة إلى متطلبات ما بعد العلاج
لا توجد مشاكل في الطلاء الرطب في اتجاه مجرى النهر
لا يوجد تعديل للطلاء لمشاكل درجة الحرارة أو الرطوبة
لا توجد معالجة / تخزين خاص أثناء تغييرات المناوبات أو الصيانة أو إيقاف التشغيل في عطلة نهاية الأسبوع
تخفيض تكاليف القوى العاملة المرتبطة بالمشغلين والصيانة
القدرة على استعادة الرش الزائد وإعادة التصفية وإعادة إدخاله في نظام الطلاء

تحسين أداء المنتج باستخدام الطلاءات فوق البنفسجية:
تحسين نتائج اختبار الرطوبة
نتائج اختبار الضباب الملحي رائعة
القدرة على ضبط سمات الطلاء واللون
المعاطف الشفافة والمعادن والألوان المتاحة

تكاليف طلاء أقل لكل قدم خطية كما هو موضح بواسطة حاسبة عائد الاستثمار: