글: 마이클 켈리(앨라이드 포토케미컬) 및 데이비드 해구드(피니싱 테크놀로지 솔루션)
파이프 및 튜브 제조 공정에서 거의 모든 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거할 수 있다고 상상해 보세요. 이는 연간 수만 파운드에 달하는 VOC 배출량 감소 효과를 가져올 것입니다. 또한, 생산 속도를 높이고 생산량을 늘리면서 부품당/길이당 비용을 절감할 수 있다고 상상해 보세요.
지속 가능한 제조 공정은 북미 시장에서 더욱 효율적이고 최적화된 제조를 추진하는 데 핵심적인 요소입니다. 지속 가능성은 다양한 방식으로 측정할 수 있습니다.
VOC 감소
에너지 사용량 감소
최적화된 노동력
더 빠른 생산 속도 (적은 자원으로 더 많은 생산량 달성)
자본의 보다 효율적인 활용
게다가 위 사항들의 다양한 조합도 가능합니다.
최근 한 주요 튜브 제조업체가 코팅 공정에 새로운 전략을 도입했습니다. 기존에 주로 사용하던 코팅 플랫폼은 수성 코팅이었는데, 이는 휘발성 유기화합물(VOC) 함량이 높고 인화성까지 있는 문제였습니다. 새롭게 도입한 친환경 코팅 플랫폼은 100% 고형분 자외선(UV) 코팅 기술입니다. 이 글에서는 고객사의 초기 문제점, UV 코팅 공정, 전반적인 공정 개선, 비용 절감 및 VOC 저감 효과를 요약하여 소개합니다.
튜브 제조 공정에서의 코팅 작업
제조업체는 그림 1a와 1b에서 볼 수 있듯이, 작업 현장에 오염 물질을 남기는 수성 코팅 공정을 사용하고 있었습니다. 이 공정은 코팅 재료 낭비는 물론, 휘발성 유기 화합물(VOC) 노출 증가 및 화재 위험 증가와 같은 작업장 환경 문제를 야기했습니다. 또한, 고객은 기존의 수성 코팅 공정보다 향상된 코팅 성능을 원했습니다.
많은 업계 전문가들이 수성 코팅과 UV 코팅을 직접 비교하지만, 이는 현실적인 비교가 아니며 오해를 불러일으킬 수 있습니다. UV 코팅은 UV 코팅 공정의 하위 개념입니다.
그림 1. 프로젝트 참여 프로세스
UV는 공정입니다
UV 코팅은 환경적 이점, 전반적인 공정 개선, 제품 성능 향상, 그리고 라인 피트당 코팅 비용 절감 등 여러 가지 장점을 제공합니다. UV 코팅 프로젝트를 성공적으로 수행하려면 UV 코팅을 1) 고객, 2) UV 도포 및 경화 장비 통합업체, 3) 코팅 기술 파트너라는 세 가지 주요 구성 요소로 고려해야 합니다.
이 세 가지 모두 UV 코팅 시스템의 성공적인 계획 및 구현에 매우 중요합니다. 따라서 전체 프로젝트 참여 프로세스를 살펴보겠습니다(그림 1). 대부분의 경우 이 작업은 UV 코팅 기술 파트너가 주도합니다.
성공적인 프로젝트의 핵심은 명확하게 정의된 참여 단계와 더불어 유연성을 확보하고 다양한 유형의 고객과 그들의 요구 사항에 맞춰 조정할 수 있는 능력입니다. 다음 7단계는 고객과의 성공적인 프로젝트 참여를 위한 기본 원칙입니다. 1) 전체 프로세스 논의; 2) 투자 수익률(ROI) 논의; 3) 제품 사양서 작성; 4) 전체 프로세스 사양서 작성; 5) 샘플 테스트; 6) 견적 요청(RFQ)/전체 프로젝트 사양서 작성; 7) 지속적인 소통.
이러한 참여 단계는 순차적으로 진행될 수도 있고, 일부 단계는 동시에 진행될 수도 있으며, 순서를 바꿀 수도 있지만, 모든 단계를 완료해야 합니다. 이러한 유연성은 참여자들에게 최고의 성공 가능성을 제공합니다. 경우에 따라서는 모든 코팅 기술, 특히 UV 공정에 대한 풍부한 경험을 보유한 UV 공정 전문가를 활용하는 것이 가장 좋을 수 있습니다. 이러한 전문가는 모든 문제를 해결하고 중립적인 입장에서 코팅 기술을 적절하고 공정하게 평가할 수 있습니다.
1단계. 전체 프로세스 논의
이 단계에서는 고객의 현재 프로세스에 대한 초기 정보를 교환하고, 현재 레이아웃을 명확히 정의하며, 장단점을 구체적으로 파악합니다. 많은 경우, 상호 기밀유지협약(NDA)을 체결해야 합니다. 그런 다음, 명확하게 정의된 프로세스 개선 목표를 설정해야 합니다. 이러한 목표에는 다음이 포함될 수 있습니다.
지속가능성 – VOC 감소
노동력 절감 및 최적화
품질 향상
라인 속도 증가
바닥 면적 축소
에너지 비용 검토
코팅 시스템의 유지보수성 - 예비 부품 등
다음으로, 이러한 프로세스 개선 사항을 기반으로 구체적인 측정 지표가 정의됩니다.
2단계. 투자 수익률(ROI) 논의
프로젝트 초기 단계에서 투자 수익률(ROI)을 이해하는 것이 중요합니다. 프로젝트 승인에 필요한 수준까지 세부적인 내용을 제시할 필요는 없지만, 고객은 현재 비용에 대한 명확한 개요를 파악해야 합니다. 여기에는 제품당 비용, 길이당 비용 등, 에너지 비용, 지적 재산(IP) 비용, 품질 비용, 운영/유지보수 비용, 지속가능성 비용, 자본 비용 등이 포함되어야 합니다. (ROI 계산기는 이 글의 끝부분에서 확인할 수 있습니다.)
3단계. 제품 사양 논의
오늘날 생산되는 모든 제품과 마찬가지로 기본적인 제품 사양은 초기 프로젝트 논의 단계에서 정의됩니다. 코팅 적용과 관련하여 이러한 제품 사양은 생산 요구 사항을 충족하기 위해 시간이 지남에 따라 발전해 왔으며, 일반적으로 고객의 현재 코팅 공정으로는 이러한 요구 사항을 충족하지 못합니다. 이를 "현재 vs. 미래"라고 부릅니다. 현재 제품 사양(현재 코팅으로는 충족되지 않을 수 있음)을 이해하는 것과 현실적인 미래 요구 사항을 정의하는 것(항상 균형을 맞춰야 하는 작업) 사이의 균형을 찾는 것이 중요합니다.
4단계. 전체 공정 사양
그림 2. 수성 코팅 공정에서 UV 코팅 공정으로 전환할 때 얻을 수 있는 공정 개선 사항
고객은 현재 프로세스를 완벽하게 이해하고 정의해야 하며, 기존 방식의 장단점도 명확히 파악해야 합니다. 이는 UV 시스템 통합업체가 새로운 UV 시스템을 설계할 때 잘 진행되는 부분과 개선이 필요한 부분을 고려하는 데 매우 중요합니다. UV 공정은 코팅 속도 향상, 설치 공간 절감, 온도 및 습도 감소 등 여러 가지 이점을 제공합니다(그림 2 참조). 고객의 제조 시설을 함께 방문하는 것을 적극 권장하며, 이를 통해 고객의 요구 사항을 정확히 파악할 수 있습니다.
5단계. 시연 및 시험 가동
고객과 UV 시스템 통합업체는 코팅 공급업체 시설을 방문하여 고객의 UV 코팅 공정을 시뮬레이션해 보는 데 참여해야 합니다. 이 과정에서 다음과 같은 활동을 통해 다양한 새로운 아이디어와 제안이 나올 것입니다.
시뮬레이션, 샘플 및 테스트
경쟁사 코팅 제품 테스트를 통한 벤치마킹
모범 사례를 검토하세요
품질 인증 절차를 검토하십시오.
UV 통합업체를 만나보세요
향후 진행을 위한 상세한 실행 계획을 수립하십시오.
6단계. 견적 요청/전체 프로젝트 사양
고객의 견적 요청서(RFQ)에는 공정 논의에서 정의된 새로운 UV 코팅 작업에 대한 모든 관련 정보와 요구 사항이 포함되어야 합니다. 또한 UV 코팅 기술 회사가 제시한 최적의 방법론이 반영되어야 하며, 여기에는 워터 재킷 가열 시스템을 이용한 건 팁까지의 코팅 가열, 토트 가열 및 교반, 코팅 소모량 측정용 저울 등이 포함될 수 있습니다.
7단계. 지속적인 소통
고객, UV 통합업체 및 UV 코팅 회사 간의 의사소통은 매우 중요하며 장려되어야 합니다. 오늘날의 기술 덕분에 정기적인 Zoom이나 화상 회의와 같은 방식으로 소통하는 것이 매우 편리해졌습니다. UV 장비 또는 시스템 설치 시 예상치 못한 문제가 발생해서는 안 됩니다.
파이프 제조업체가 달성한 성과
자외선 코팅 프로젝트에서 가장 중요한 고려 사항 중 하나는 전반적인 비용 절감입니다. 이 경우 제조업체는 에너지 비용, 인건비, 코팅 소모품 비용 등 여러 분야에서 비용 절감을 실현했습니다.
에너지 비용 – 전자레인지식 자외선 살균 vs. 유도 가열
일반적인 수성 코팅 시스템에서는 튜브의 사전 또는 사후 유도 가열이 필요합니다. 유도 가열기는 가격이 비싸고 에너지 소비량이 많으며 유지 보수 문제도 심각할 수 있습니다. 또한, 수성 용액은 마이크로파 UV 램프가 사용하는 90kW에 비해 200kW의 유도 가열기 에너지 소비를 필요로 합니다.
표 1. 10개 램프 마이크로파 UV 시스템을 사용했을 때 유도 가열 시스템에 비해 시간당 100kW 이상의 비용 절감 효과
표 1에서 볼 수 있듯이, 파이프 제조업체는 UV 코팅 기술을 도입한 후 시간당 100kW 이상의 전력을 절감했을 뿐만 아니라 연간 에너지 비용도 71,000달러 이상 절감했습니다.
그림 3. 연간 전기료 절감액 예시
에너지 소비량 감소로 인한 비용 절감액은 전기 요금을 kWh당 14.33센트로 추정하여 산출했습니다. 연간 50주(주 5일, 교대당 20시간) 동안 2교대로 근무할 경우, 에너지 소비량을 시간당 100kWh 줄이면 그림 3에서 보는 바와 같이 71,650달러의 비용 절감 효과가 발생합니다.
인건비 절감 – 운영 및 유지보수
제조업체들이 인건비를 지속적으로 평가하는 가운데, UV 코팅 공정은 작업자와 유지보수 인력 시간을 절감하는 데 있어 독보적인 이점을 제공합니다. 수성 코팅의 경우, 젖은 코팅이 자재 운반 장비에서 굳어버릴 수 있으며, 결국에는 제거해야 합니다.
제조 시설 운영자들은 하류 자재 처리 장비에서 수성 코팅을 제거/세척하는 데 주당 총 28시간을 소비했습니다.
비용 절감 효과(추정 노동 시간 28시간 x 시간당 36달러[부담 비용] = 주당 1,008달러 또는 연간 50,400달러) 외에도, 작업자에게 요구되는 육체적 노동은 힘들고 시간 소모적이며 심지어 위험할 수도 있습니다.
고객은 분기별로 코팅 제거 작업을 목표로 삼았으며, 분기당 인건비는 1,900달러, 코팅 제거 비용은 추가로 발생하여 총 2,500달러였습니다. 연간 총 절감액은 10,000달러였습니다.
코팅 비용 절감 – 수성 vs. UV
고객사 현장에서의 파이프 생산량은 직경 9.625인치 파이프 기준 월 12,000톤이었습니다. 이를 간략히 정리하면 약 570,000선형 피트(약 12,700개)에 해당합니다. 새로운 UV 코팅 기술 적용 공정에는 고용량/저압 스프레이 건이 사용되었으며, 목표 코팅 두께는 일반적으로 1.5밀(mil)이었습니다. 경화는 헤라우스(Heraeus) UV 마이크로파 램프를 통해 이루어졌습니다. 코팅 비용 및 운송/내부 취급 비용 절감액은 표 2와 표 3에 요약되어 있습니다.
표 2. 코팅 비용 비교 – UV 코팅 대 수성 코팅 (선형 피트당)
표 3. 운송비 절감 및 현장 자재 취급 감소로 인한 추가 절감 효과
또한, 자재 및 인건비 절감과 생산 효율성 향상을 실현할 수 있습니다.
UV 코팅은 재활용이 가능하지만(수성 코팅은 불가능), 최소 96%의 효율을 보장합니다.
UV 코팅은 고강도 UV 에너지에 노출되지 않으면 건조되지 않기 때문에 작업자는 도포 장비를 청소하고 유지 관리하는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있습니다.
생산 속도가 더 빨라졌으며, 고객은 생산 속도를 분당 100피트에서 150피트로, 즉 50% 증가시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
UV 공정 장비에는 일반적으로 생산 가동 시간에 따라 추적 및 예약되는 내장형 세척 주기가 있습니다. 이는 고객의 요구에 따라 조정할 수 있으므로 시스템 청소에 필요한 인력을 줄일 수 있습니다.
이 예시에서 고객은 연간 1,277,400달러의 비용 절감 효과를 보았습니다.
VOC 감소
그림 4에서 볼 수 있듯이 UV 코팅 기술의 적용으로 VOC 배출량도 감소했습니다.
그림 4. UV 코팅 적용에 따른 VOC 감소
결론
UV 코팅 기술은 파이프 제조업체가 코팅 공정에서 VOC(휘발성 유기 화합물)를 사실상 제거할 수 있도록 해주는 동시에 생산성과 전반적인 제품 성능을 향상시키는 지속 가능한 제조 공정을 제공합니다. UV 코팅 시스템은 상당한 비용 절감 효과도 가져옵니다. 이 기사에서 설명한 바와 같이, 고객은 연간 총 120만 달러 이상의 비용을 절감했으며, 15만 4천 파운드 이상의 VOC 배출량을 줄였습니다.
더 자세한 정보와 ROI 계산기를 이용하시려면 www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/를 방문하십시오. 추가적인 공정 개선 사항 및 ROI 계산기 예시는 www.uvebtechnology.com에서 확인하실 수 있습니다.
사이드바
UV 코팅 공정의 지속가능성/환경적 이점:
휘발성 유기 화합물(VOC) 없음
유해 대기 오염 물질(HAPs) 없음
불연성
용제, 물 또는 충전제를 사용하지 않았습니다.
습도나 온도에 따른 생산 문제는 없습니다.
UV 코팅이 제공하는 전반적인 공정 개선 사항:
제품 크기에 따라 분당 800~900피트 이상의 빠른 생산 속도를 자랑합니다.
35피트(선형 길이) 미만의 작은 물리적 공간 차지
진행 중인 작업이 최소화됨
즉시 건조되며 후처리 과정이 필요 없습니다.
하류 습식 코팅 문제 없음
온도나 습도 문제에 대한 코팅 조정은 없습니다.
교대 근무, 유지 보수 또는 주말 가동 중단 기간 동안 특별한 취급/보관이 필요하지 않습니다.
운영 및 유지보수 관련 인건비 절감
과도하게 분사된 도료를 회수하고, 재여과하여 코팅 시스템에 재투입할 수 있는 능력
UV 코팅으로 제품 성능 향상:
습도 테스트 결과 개선
염수 분무 테스트 결과가 매우 좋습니다.
코팅 특성 및 색상 조정 기능
투명 코팅, 메탈릭 코팅 및 다양한 색상 사용 가능
ROI 계산기에 따르면 선형 피트당 코팅 비용이 더 낮습니다.
게시 시간: 2023년 12월 14일
