改进喷涂工艺降低涂料消耗.docx
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改进喷涂工艺降低涂料消耗
改进喷涂工艺,降低涂料消耗
小组名称:
技术质量部QC小组
小组类型:
生产现场型
注册编号:
2007-011
发布人:
王谦
发布单位:
河北华油一机图博涂层有限公司
发布日期:
2008年6月1日
一概况……………………………………………………………………
(1)
二小组简介……………………………………………………………………
(1)
三选题理由……………………………………………………………………
(2)
四现状调查……………………………………………………………………
(2)
五课题目标……………………………………………………………………(3)
六原因分析……………………………………………………………………(4)
七要因确认……………………………………………………………………(5)
八制定对策……………………………………………………………………(8)
九对策实施……………………………………………………………………(9)
十实施效果……………………………………………………………………(13)
十一经济效益…………………………………………………………………(15)
十二遗留问题及今后打算……………………………………………………(16)
一、概况
河北华油一机图博涂层有限公司(英文简称:
HHTCC)是由中国石油和NOV共同出资组建的中外合资企业,专业从事石油专用管材内涂层、耐磨带加工和技术服务。
我公司以石油专用管内涂层为主营业务,公司采用DPC、TK34、TK34P、TK34XT等专利涂料,完全依赖进口,价格昂贵。
在生产过程中,由于设备、工艺等原因,涂料浪费严重,生产成本居高不下;另一方面,废涂料会产生环境污染,加重了废料处理负担。
本次活动从改进喷涂工艺,降低涂料消耗入手,提高喷涂效率,降低生产成本,减少环境污染。
二、小组简介
河北华油一机图博涂层有限公司技术质量部QC小组成立于2007年3月,注册编号为2007-011,活动次数为6次,成员出勤率为95%,活动日期为2007年3月至2007年11月,平均受教育时间为100小时,小组成员见表一。
表一技术部QC小组成员情况表
序号
姓名
性别
年龄
组内职务
职称
1
王谦
男
30
组长
助工
2
魏连清
男
30
组员
工程师
3
王科辉
男
30
组员
工程师
4
刘志平
女
33
组员
工程师
5
段正海
男
40
组员
工程师
6
胡建修
男
29
组员
助工
7
魏刚
男
24
组员
工人
8
杨立军
男
30
组员
助工
9
马俊军
男
37
组员
工人
10
马伟伟
男
28
组员
工人
11
叶宇昌
男
32
组员
工人
12
张桂新
女
43
顾问
高工
制表:
魏连清日期:
2007年3月20日
三、选题理由
1、公司2007年生产经营目标是提高产量,降低生产成本。
2、内涂层生产线的原材料中,涂料消耗量大,而且完全需要进口,价格昂贵,涂料的成本居高不下。
因此,减少涂料浪费,降低涂料成本潜力巨大,公司决定以“改进喷涂工艺,降低涂料消耗”为课题进行攻关。
四、现状调查
我公司主要的石油专用管内防腐涂料类型为DPC、TK-34和TK-34P等,根据不同的井况来选择一种最适合的涂料进行喷涂。
涂料在工序上都要经过底漆和面漆喷涂,其中DPC和TK-34的底、面漆都为液体涂料,TK-34P的底漆为液体涂料,其面漆为粉末涂料。
液体涂料的计量单位为加仑(英制),粉末涂料的计量单位为kg,具体分类见下表。
表二涂料分类
涂料类型
DPC
TK-34
TK-34P
涂料类别
底漆
面漆
底漆
面漆
底漆
面漆
物理状态
液体
液体
液体
固体粉末
计量单位
加仑
加仑
加仑
kg
经统计,近3年来,仅面漆岗位涂料就有87%的月份超过定额标准,这里以面漆2006年2月至12月涂料消耗统计表(表二)为据,说明涂料浪费情况:
表三06年2-12月面漆涂料的定额与实际用量对比表
项目
计量单位
实际消耗
定额
超出定额
DPC
加仑
11,464.50
10727.122
737.378
TK34
加仑
4,435.50
4156.154
279.346
TK34P(粉末)
kg
11,975.00
10139.618
1,835.382
制表人:
彭月辉日期:
2007年4月10日
从上表中2006年11个月涂料消耗量得出:
面漆液体涂料超出定额:
737.4+279.3=1016.7(加仑),
粉末涂料超出定额:
1835.4(kg)。
底漆与面漆情况类似,将底、面漆涂料综合考虑,2006年液体涂料超出定额为1016/11×12×2=2216(加仑)
粉末底漆用量较小,在此不计入。
结合以上计算,考虑到每年专用管规格差异,若年产量同2006年持平,以80万米计,液体涂料(底、面漆共计)年超过定额量在1500加仑至2500加仑,粉末涂料年超过定额量1000kg至2000kg。
由此看出,涂料的浪费量很大。
五、课题目标
(一)小组目标
(二)
小组活动的目的是通过改进喷涂工艺来降低涂料消耗,降低生产成本,提高经济效益,减少环境污染。
基本目标是2007年节约液体涂料量1000加仑,节约粉末涂料250kg。
图一小组活动目标柱状图
目
标
值
前
现
在
浪
费
量
液体涂料减少浪费1000加仑
粉末涂料减少浪费250kg
制图:
刘志平制图时间:
2007.6.20
(二)可行性分析
1、本小组成员由公司领导、工程技术人员、现场操作人员组成,他们中不乏在喷涂岗位工作过数年老涂层,经验丰富;
2、国外涂层行业的专家学者经常来公司进行技术交流与支持;
3、全体小组成员有良好的团队意识,大家集思广益,密切协作,为达到上述目标努力奋斗。
六、原因分析
小组对涂料浪费原因作如下分析,见下图:
温度影响大
涂料物理化学性质
更换涂料类型
泵出压力波动
涂料喷涂前的准备
涂料与添加剂的配比
喷涂参数因素
涂料泵出系统
涂料的粘度特性
搅拌不充分或混入空气泡
喷涂系统
粉末停粉不能精确控制
操作失误
操作经验少
人
机
环
法
料
洗泵消耗涂料
涂料开封后放置时间长
涂料升压延时长
涂料剩余废弃
易挥发,开封即用
涂
料
浪
费
图二涂料浪费因果图
制图:
刘志平时间:
2007.6.25
七、要因确认
根据原因分析图,我们共找到十三项末端因素,小组成员分别对这些因素进行分析,以确定造成涂料浪费的主要原因,列表如下:
表四要因确认表
序号
末端因素
验证方法及确认依据
是否要因
1
操作人员培训教育少
公司每年不定期培训
非要因
2
操作人员经验少
喷涂操作人员都有多年本岗位工作经历,经验比较丰富
非要因
3
操作失误
在生产时偶尔发生,但机率非常小
非要因
4
涂料与添加剂的配比
操作人员在加入添加剂时认真阅读标签,并有质量人员跟踪检验
非要因
5
泵出压力波动
泵出压力时有波动,但都在允许工作范围内
非要因
6
涂料升压延时长
喷枪在伸出公端后,有一个延时等待时间,等待涂料工作压力由大气压升至稳定的工作压力
要因
7
粉末停粉不能精确控制
由于原有的粉末喷涂系统需要人为控制停粉,不能精确控制
要因
8
涂料的物理化学性质
涂料主要成分为环氧酚醛树脂,粘度大,易挥发,化学稳定性差,开封即用,不可长久保存
非要因
9
温度影响较大
由于温度的原因,特别是冬天温度低,涂料的粘度加大,涂料的流动、雾化效果不好,喷涂前需要不断加入涂料调试
要因
10
涂料开封后放置时间长
经调查,涂料在开封后的放置时间在24小时以内,符合规定
非要因
11
搅拌不充分或混入空气泡
偶尔发生,但几率很小
非要因
12
涂料剩余废弃
在涂敷不同批次的管材时,因更换涂料,往往剩余一部分涂料,不能继续保存,继而废弃。
可合理安排生产解决
非要因
13
洗泵消耗涂料
因更换涂料,须将残留在喷涂设备内的涂料去除,再加入新涂料调试
非要因
制表:
马伟伟日期:
2007.7.1
以下根据生产统计数据,分析涂料浪费的要因:
(一)涂料升压延时长,涂料损失较大。
以如下生产记录为例:
2006年6月22日22:
40,面漆已生产5〞钻杆190根,涂料类型为TK-34,(此时,已进行3小时的生产,相对于冬天、以及开班调试等时候,可以认为喷涂工况参数是最稳定的,此时是涂料浪费的最低点),对其进行测定,详见下表:
表五液体喷涂工艺中各时段统计值
喷涂耗时测量值
第一次测得(s)
第二次测得(s)
第三次测得(s)
平均值
喷轮伸出公端到开始旋转
6.03
6.32
6.20
6.183
喷轮泵出涂料至喷枪开始向后退(升压延时)
3.64
3.67
3.65
3.653
喷枪开始向后退至喷轮停喷涂料
19.48
20.00
19.80
19.76
制表:
马伟伟日期:
2007.7.10
从表四可以看出,后两项为出料过程,其中升压延时占出料时间百分比为:
3.653/(3.653+19.76)=15.6%,升压延时工序并不是有效工序,即它并没有将涂料喷到管体上,但却是必不可少的工序。
我们的改进就从这道工序入手。
(二)粉末喷枪在退出母端后需要手动停粉,由于人为控制误差,不能准确控制停粉;或者,操作人员为防止漏涂,往往推迟停粉时间,造成涂料浪费。
(三)由于冬季气温较低,涂料的粘度大,流动性能较差,为了获得稳定的工作参数,喷涂操作人员往往需要不断加料调试,计量泵和喷枪管路内不适合喷涂的涂料必须排出废弃,造成浪费,统计如下:
调试时:
底漆每天浪费0.5桶(4.5加仑/桶)涂料,折合2.25加仑/天;
面漆每两天浪费1.5桶液体涂料,折合3.375加仑/天。
由此看出,涂料升压延时长,粉末设备停粉不能精确控制,工作温度低是造成涂料浪费的主要原因。
八、制定对策
根据以上三个主要原因,我们制定了相应的对策如下表:
表六对策表
序号
项目
对策
目标
具体措施
负责人
完成日期
1
涂料升压延时长
修改PLC程序
减少升压延时
将喷涂的启动延时由原来的3.5秒改为3.0秒
王谦
魏刚
马伟伟
2007.7
2
粉末停粉不能精确控制
改进粉末喷涂控制系统
可精确实现停粉
加装光电传感器,用以识别钻杆端部和废料收集小车
魏刚
马俊军
2007.9
3
温度因素
提高环境温度
涂料工作温度在20-25℃
加装散热器,将工作间环境温度由17-20℃提高到21-25℃
王谦
魏连清
2007.11
制表:
王谦日期:
2007.11.20
九、对策实施
先来介绍一下涂料的喷涂程序。
不同液体涂料的喷涂程序基本相同:
喷枪从钻杆母端进入,前进至伸出公端外一段距离,喷涂马达开始高速旋转,同时涂料开始泵出,经过数秒延时,涂料压力稳定后喷枪由公端向母端倒退,将涂料高速喷至管体内壁,当喷枪退出母端时,涂料停止泵出,喷涂马达停止,一个循环结束。
下图为喷枪在进入管体前喷出涂料的延时升压阶段。
图三涂料升压延时
粉末涂料的喷涂程序:
喷枪从钻杆母端进入,前进至伸出公端外一段距离,喷粉头开始喷粉,经过数秒延时,喷粉头由公端向母端倒退,将粉末涂料喷至管体内壁,粉末因高温液化,附着在管内壁上,当喷枪退出母端后,涂料停止喷涂,一个循环结束。
整个过程由继电器、接触器系统控制,对钻杆的摆放位置的准确度要求很高。
针对涂料的喷涂程序,我们做了如下改进。
对策实施一:
修改液体喷涂PLC程序,缩短升压延时。
对PLC程序段中喷轮在伸出钻杆公端时喷涂延时由3.5s缩短至3.0s。
改造后,喷涂延时缩短,在喷枪开始后退时,泵出压力已达稳定值。
这样,减少了涂料升压的准备时间,继而减少涂料泵出浪费。
图四PLC程序修改
对策实施二:
改进粉末喷涂控制系统
小组活动之前粉末停喷不及时,造成粉末涂料浪费。
针对此原因我们改进了粉末喷涂控制系统,具体做法是:
在母端废料收集小车上两端加装两个光电传感器,前面的光电传感器用于识别钻杆母端,从而对收集小车精确定位,后面的光电传感器用于识别预先在喷枪杆作的标记,当喷枪后退至工艺要求位置的瞬间,给出一个反馈信号,进行停粉操作,起到节约粉末涂料的作用。
如下图五、图六所示。
图五粉末喷涂光眼控制改进原理图
图六粉末喷涂改进实物图
对策实施三:
在工作间加装散热器
因环境温度低,涂料粘度很大,流动和雾化效果差,造成喷涂前调试的浪费。
本次活动,根据两个房间的采暖面积和散热器参数,选用5组电加热散热器安装在工作间内,将涂料的工作环境温度由17-20℃提高到23-28℃,见图七。
图七在搅拌间和工作间加装电暖气
十、实施效果
(一)改进喷涂系统
1、对底、面漆涂料和粉末涂料喷涂改造前后的对比见表六:
表六改进前后涂料节省情况对比
项目
底漆
(涂敷根数/5桶涂料)
面漆
(涂敷根数/5桶涂料)
粉末
(涂敷根数/50kg涂料)
改造前
115根
100根
40根
改造前单根用量
0.19565加仑/根
0.225加仑/根
1.25kg/根
改造后
117根
103根
41根
改造后单根用量
0.1923加仑/根
0.2184加仑/根
1.2195kg/根
单根节省涂料
0.00334加仑
0.00655加仑
0.0305kg
2、计算用基本数据:
计算都以5”钻杆或折合成5”钻杆为基础,单根长度9.65米,各型钻杆年产量共计80万米。
经统计,2006年的涂料消耗量所占份额为:
DPC:
63%,TK-34:
25%,TK-34P(粉末):
11%,其他:
1%。
3、DPC和TK-34涂层产品年产量分别为:
DPC:
80×63%=50.4万米,
TK-34:
80×25%=20万米,
粉末:
80×11%=8.8万米。
各型涂料年节省量为:
DPC底漆:
50.4×10000/9.65×0.00334=174加仑
DPC面漆:
50.4×10000/9.65×0.00655=342加仑
TK-34底漆:
20×10000/9.65×0.00334=69加仑
TK-34面漆:
20×10000/9.65×0.00665=138加仑
粉末面漆:
8.8×10000/9.65×0.0305=278kg
(二)加装散热器,提高环境温度
此项专用于节省液体涂料。
改造前,底漆每天调试消耗0.5桶(4.5加仑/桶)涂料,面漆每2天调试消耗1.5桶(0.75桶/天)液体涂料,改造后,底漆每2天调试消耗0.5(0.25桶/天)桶涂料,面漆每3天消耗1桶(0.33桶/天)涂料。
如果每年低温时间段按120天计,再根据各型涂层产量所占的比例计算,得出下表:
表七各型涂料在环境升温后调试消耗量的变化
用于调试的消耗量
DPC(加仑)
TK34(加仑)
底漆
面漆
底漆
面漆
改造前
170
255
100
150
改造后
85
113
50
67
各型涂料年节约量
85
142
50
83
(三)按照上述各型涂料耗量的比例计算,各型涂料年节省量分别为:
表八根据统计值估算年节约量表
涂料类型
DPC(加仑)
TK-34(加仑)
TK-34P(kg)
底漆
面漆
底漆
面漆
底漆
面漆
改进系统工艺
174
342
69
138
/
278
提高环境温度
85
142
50
83
/
/
各型涂料合计
259
484
119
221
/
278
总计
1083
278
注:
因粉末底漆在工艺上用量不大,上表未将其计入。
制表:
王谦2007.11.28
图八小组活动目标完成情况柱状图
活动前涂料浪费量
节约液体涂料1083加仑
节约粉末涂料278kg
目标值
制图:
刘志平时间:
2007年11月28日
十一、经济效益
公司自从开展QC小组活动以来,取得了良好的经济效益,主要计算过程如下:
1、涂料成本节约计算(单位:
元)
DPC底漆:
259×290=75110
DPC面漆:
484×458=221672
TK-34底漆:
119×296=35224
TK-34面漆:
221×441=97461
粉末面漆:
278×210=58380
2、每年产生的经济效益为:
75110+221672+35224+97461+58380=487847(元)
3、综合经济效益为
公司设备改造共投入资金2万元,运行费用2万元,所以,每年综合经济效益为:
487847元-20000元-20000元=447847元(44.8万元)
十二、遗留问题及今后打算
通过本小组活动,涂料浪费明显减少,降低了生产成本,提高了经济效益,减少了环境污染。
下一步我们尝试采取液体废涂料回收利用的方法,将废涂料通过物理处理后回收再利用(见图九),将涂料浪费降到最低,经济效益和社会效益可观,回收原理如图九所示。
图九液体涂料回收装置原理图
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