Considerazioni chiave quando si pianifica l'aggiornamento di forni a vuoto esistenti

Il tetto è mezzo fuori uso. Gli armadietti della cucina sono senza ante. E non siete sicuri di cosa sia successo al vostro prato anteriore. Per di più, avete speso il triplo del previsto e non avete ancora finito. In poche parole, è l'incubo della ristrutturazione di una casa. Affrontare un progetto di ristrutturazione di una casa è molto simile alla riparazione o all'aggiornamento del forno a vuoto. E iniziare il processo senza avere tutte le informazioni necessarie può far sì che la situazione vada rapidamente fuori controllo.

Per qualsiasi progetto o grande impresa, il costo è un fattore da tenere in considerazione. Il primo passo consiste nel determinare il budget a disposizione e nel valutare i prezzi. Da qui si può stabilire dove ottenere il massimo, rispettando i propri vincoli e comprendendo le esigenze rispetto ai desideri.

L'acquisto di un'apparecchiatura per il trattamento termico è un investimento a lungo termine. Se mantenuta correttamente, l'apparecchiatura può durare decenni. Detto questo, a un certo punto dovrete porvi la domanda: "Devo acquistare una nuova apparecchiatura o investire in modo significativo nell'apparecchiatura esistente?".

Le seguenti domande vi guideranno in questo processo decisionale:

• Quali sono le aspettative realistiche per la durata del forno e dei suoi componenti principali?
• Quali sono le vostre aspettative per la qualità e le prestazioni delle zone calde?
• Cosa vi serve dal vostro sistema di controllo?
• Ci sono nuovi sviluppi o cambiamenti tecnologici che possono migliorare il funzionamento dell'apparecchiatura, aiutare a soddisfare le mutevoli esigenze dei vostri clienti o persino contribuire alla crescita della vostra attività?
• Qual è il vostro piano per la manutenzione costante delle attrezzature?

Naturalmente, questi sono solo alcuni degli aspetti da considerare. È anche importante conoscere i prezzi di mercato di un forno a vuoto e dei suoi sottosistemi.

Il costo di un nuovo forno

Quando si dispone di un'apparecchiatura che invecchia, è difficile prendere una decisione informata e ponderata senza conoscere tutti i fatti. Dopo tutto, bisogna stabilire se si è stanziato un budget sufficiente per prendersi cura dell'apparecchiatura in modo appropriato (e con gli intervalli corretti), o se vale la pena mantenere l'apparecchiatura più vecchia piuttosto che acquistarne una nuova. Per fornire una prospettiva, la Tabella 1 illustra alcune fasce di prezzo di mercato per un forno a vuoto e per alcuni componenti più costosi.

La durata tipica di un forno a vuoto è di circa 25-35 anni. Quando si acquista un'apparecchiatura che si prevede avrà una lunga durata, ci si troverà senza dubbio di fronte a revisioni importanti che possono essere costose e richiedono un'adeguata pianificazione del budget. Una buona pianificazione e una corretta manutenzione dell'apparecchiatura possono evitare di investire più tempo, energia e denaro in un'apparecchiatura obsoleta rispetto al costo di un nuovo forno (Fig. 1).

Quindi, la domanda è: "Quanto è troppo investire in un'apparecchiatura obsoleta?". Sebbene la risposta a questa domanda sia diversa da un'azienda all'altra, è necessario considerare il probabile ritorno sull'investimento per l'acquisto di attrezzature nuove rispetto alla riparazione di quelle usate.

Il primo passo è valutare le vostre reali esigenze. Avete bisogno di un forno che abbia sempre le caratteristiche e le tecnologie più recenti per stare al passo con gli standard del settore? Tutti vogliono apparecchiature affidabili, ma avete bisogno di un tempo di attività di 95% con una produzione 24 ore su 24, 7 giorni su 7, o il vostro tasso di produzione consente un tempo di attività di 70-80% con un solo turno? Prevedete di mettere fuori produzione il forno regolarmente per piccole riparazioni e manutenzioni preventive, oppure il tempo di lavoro a terra è il fattore dominante che influenza il funzionamento del forno?

In base alle risposte ottenute, saprete quali sono le sostituzioni e gli aggiornamenti più importanti per voi e come dovrete pianificarli. Potreste anche stabilire una soglia che, una volta raggiunta, vi farà considerare l'acquisto di un nuovo apparecchio piuttosto che la sua manutenzione.

Un metodo per stabilire questa soglia è quello di eseguire un'analisi dei costi del ciclo di vita (LCCA). Tale analisi prende in considerazione tutti i costi di acquisto, proprietà e smaltimento di un'apparecchiatura [1]. Secondo Dan Herring, "il fattore chiave da considerare quando si cerca un forno per il trattamento termico è la comprensione del costo reale dell'apparecchiatura (TEC), che equivale all'investimento iniziale più il costo totale di manutenzione (nel tempo) diviso per l'aspettativa di vita dell'apparecchiatura" [2].

Lo scopo dell'esecuzione di una LCCA (o TEC) è quello di stimare i costi complessivi delle alternative e di selezionare l'opzione che garantisce che l'apparecchiatura fornisca "il più basso costo di proprietà coerente con la sua qualità e funzione" [3]. Tuttavia, si può scoprire che "un prodotto industriale acquistato al costo iniziale più basso non è necessariamente quello che costa meno nel lungo periodo" [1].

Determinare dove investire

La maggior parte delle aziende ha un budget e, su base annua, fa del suo meglio per pianificare le spese di capitale (capex) e di manutenzione. Ad esempio, se si dispone di $30.000 per l'intero anno, si cercherà un modo per far sì che quel denaro copra l'intero forno per l'anno e fornisca il massimo valore. Potreste acquistare parti di ricambio per le zone calde e ricambi critici per mantenere il forno in funzione. Dovrete inoltre mettere da parte i fondi per la manutenzione, la sostituzione e la riparazione dei pezzi.

Supponiamo che abbiate un budget significativo per la riparazione di un vecchio forno. Dovete comunque valutare se spendere soldi per un'apparecchiatura più vecchia sia la decisione giusta. Prendiamo ad esempio una vecchia auto d'epoca. La ricostruite perché ha un valore sentimentale? Oppure, a un certo punto, il dispendio di tempo, energia e denaro non è più in linea con i vostri obiettivi?

È ragionevole concludere che se state sostituendo la maggior parte dei vostri principali sottosistemi, un nuovo forno è molto probabilmente un investimento migliore. Se state trasferendo un vecchio forno e ci sono costi di allestimento e di trasloco, questo rafforzerebbe ulteriormente questa posizione.

Quali sono quindi i fattori più importanti che dovete valutare e pianificare quando sviluppate il vostro budget capex? Cominciamo con la zona calda. Sebbene siano diversi i fattori che determinano la durata della vostra zona calda, è probabile che dobbiate rivestirla completamente o sostituirla del tutto ogni 5-8 anni. Anche il sistema di controllo avrà probabilmente bisogno di un aggiornamento, o forse addirittura di una sostituzione, intorno ai 15 anni. Il serbatoio, invece, potrebbe dover essere sostituito solo una volta a 25 anni (se mai lo sarà). Altri elementi importanti da revisionare o sostituire sono i motori, i trasformatori a reattanza variabile (VRT) e le pompe, tutti elementi che probabilmente rientrano nel budget capex.

La Figura 2 illustra il tasso medio di sostituzione delle apparecchiature nel settore per tre degli elementi più costosi di un forno. Anche in questo caso, è bene sottolineare che sono molteplici i fattori che incidono sulla frequenza di ricostruzione o sostituzione di questi sistemi, come il tipo di processi, la frequenza di utilizzo e i requisiti specifici del settore.

Tutti vogliono massimizzare la durata delle proprie apparecchiature, ma per farlo è necessario seguire le migliori pratiche. Tuttavia, se la qualità dell'acqua è scarsa, le pareti della camera sono intasate e si assottigliano, la zona calda è distrutta o invecchiata in modo irreparabile, le pompe non sono state sottoposte a manutenzione, i comandi sono datati e inaffidabili e il motore non è mai stato ricostruito o sottoposto a manutenzione, sarà necessario un intervento importante e un investimento importante prima che poi. Tuttavia, se avete messo in atto un piano di manutenzione delle vostre apparecchiature, probabilmente non vi troverete mai nella condizione di dover sostituire tutti i componenti principali allo stesso tempo.

Come evitare di arrivare a questo punto? Seguendo le migliori pratiche, curando le apparecchiature e spendendo in modo intelligente.

Sostituzione della zona calda

Il cuore di ogni forno è la zona calda e ci sono diversi fattori che influenzano quando e perché la zona calda deve essere sostituita. Ad esempio, si sta pensando di sostituire la zona calda a causa della contaminazione dei componenti? Oppure perché l'isolamento si è degradato al punto che la perdita di calore è un problema reale (magari al punto da vedere il calore distorcere o danneggiare il telaio della zona calda)?

È perché si desidera il design più recente per ottenere una comunanza con gli altri forni? Oppure perché la sostituite a intervalli prestabiliti, a prescindere da tutto, perché è quello che avete sempre fatto? Indipendentemente dal motivo, sarà necessario sostituire la zona calda per tutta la durata del forno. Sebbene esistano pareri discordanti sul momento in cui le condizioni dell'area calda giustificano la sostituzione, vi sono diversi fattori che possono creare usura e influire pesantemente sulla durata dell'area calda.

Sapere quando è il momento di sostituirli

Sebbene la manutenzione preventiva possa contribuire a prolungare la vita dell'area calda, potrebbe essere il momento di considerarne la sostituzione quando non funziona più in modo ottimale. Diversi fattori influenzano la durata di vita di un'area calda, tra cui:

1. Perdite - l'ossigeno presente nel forno scolorisce o ossida i componenti e causa il rapido deterioramento della zona calda.
2. Pulizia - la contaminazione nel forno può causare lo scolorimento dei pezzi e la degradazione della zona calda.
3. Pressione - la tempra del gas ad alta pressione, per sua natura, crea un'atmosfera turbolenta nel forno; pertanto, maggiore è la pressione e più grande è il motore di raffreddamento della turbina a gas, maggiore è il potenziale di deterioramento.
4. Temperatura - il funzionamento del forno in prossimità della temperatura massima di esercizio provoca un'usura accelerata della zona calda.
5. Tempo di funzionamento totale: più cicli effettua il forno, più frequentemente la zona calda avrà bisogno di manutenzione [4].

Tra i segni di usura della zona calda si annoverano: rotture eccessive della ferramenta; elementi riscaldanti che mostrano segni di vaiolatura, deterioramento o rottura; distorsione e usura generale delle guide del focolare; segni di rottura, deformazione o erosione dell'isolamento fino a compromettere in modo significativo i valori isolanti.

Se l'isolamento è compromesso fino al punto in cui si vede la parete interna del plenum o il telaio, si sta irradiando un calore significativo al telaio e probabilmente si stanno causando danni permanenti. Tra i segni di danneggiamento si annoverano crepe, deformazioni e scolorimento del telaio, che devono essere riparati o sostituiti.

Alcuni fattori durante il ciclo di processo sono anche segnali di allarme di un degrado dell'area calda, tra cui la perdita di uniformità della temperatura, tempi di ciclo più lunghi a causa della perdita di calore o dell'eccessiva contaminazione, tempi di pompaggio più lunghi, maggiore consumo di energia e scolorimento dei pezzi o dell'area calda.

Aggiornamento e sostituzione dei controlli

La scelta di un aggiornamento o di una sostituzione dei controlli si basa anche sulle aspettative e sulle esigenze generali. Nel tentativo di decidere, le domande chiave da considerare sono:

• L'aggiornamento vi permetterà di migliorare l'acquisizione, la tracciabilità e l'accuratezza dei dati?
• Un aggiornamento vi fornirà dati migliori per migliorare la qualità dei pezzi e soddisfare gli standard industriali che richiedono maggiori informazioni?
• Permetterà alle vostre apparecchiature e alle operazioni complessive di essere più intelligenti ed efficienti?
• Un sistema di controllo e/o componenti obsoleti vi metteranno a rischio?

In generale, i dati di base sono necessari per consentire il corretto funzionamento del forno e la sicurezza dell'apparecchiatura. Oltre a ciò, esistono diverse opzioni che consentono di essere molto più precisi per quanto riguarda la quantità e il tipo di dati raccolti, la frequenza di raccolta e il modo in cui vengono memorizzati e recuperati.

Quindi, da dove iniziare per determinare se un aggiornamento dei controlli è giusto per voi rispetto al mantenimento del sistema di controllo attuale per evitare un investimento importante?

Gamma di opzioni di controllo

Gli aggiornamenti e le sostituzioni dei controlli disponibili dipendono spesso dall'età del forno a vuoto e dalle vostre esigenze. A causa del ritmo della tecnologia, i componenti iniziano a diventare obsoleti dopo pochi anni. Anche i sistemi di controllo che hanno dieci anni possono essere un problema e non sono supportati dall'OEM (Original Equipment Manufacturer) [5].

Un aggiornamento minimo può essere disponibile con un PLC (controllore logico programmabile) più recente se un processore si guasta e c'è una sostituzione diretta. Potrebbe anche essere necessario aggiornare solo il software o la piattaforma OIT (terminale di interfaccia operatore), oppure passare da un registratore cartaceo a uno digitale. Altre sostituzioni di componenti minori includono l'hardware di base all'interno dell'armadio, tra cui cavi, fusibili e contattori. Tutte le soluzioni sopra descritte sono relativamente economiche e consentono di mantenere il sistema di controllo in funzione con la possibilità di effettuare piccoli aggiornamenti.

In alternativa, se avete un forno che ha 20-25 anni, è probabile che sia meglio considerare un aggiornamento più completo dei controlli parziali o la sostituzione dell'intero quadro elettrico. A quest'età, la maggior parte dei componenti è obsoleta e la tecnologia è decisamente in ritardo per la maggior parte dei settori.

In generale, è importante ricordare che c'è sempre una nuova tecnologia all'orizzonte e una tecnologia più vecchia che alla fine diventerà obsoleta. Quindi chiedetevi: "Di cosa ho veramente bisogno?". Quindi, in base a tali esigenze, valutate le opzioni disponibili per determinare quale soluzione possa davvero fornire i risultati desiderati a breve e lungo termine. Se vi ponete questa domanda regolarmente, è meno probabile che veniate colti di sorpresa da una spesa importante e non pianificata per l'aggiornamento dei controlli.

Manutenzione e riparazione della camera

La camera del forno a vuoto è un grosso investimento. Se mantenuta correttamente, non dovrebbe essere necessario sostituirla. Quando si decide di riparare o sostituire, ci sono diversi fattori da prendere in considerazione:

• Ci sono perdite che state inseguendo e che non riuscite a saldare e riparare con sicurezza?
• Le pareti della camera si intasano e si assottigliano a causa della cattiva chimica dell'acqua, al punto da non poter più essere riparate in modo sicuro?
• Ci sono punti caldi significativi dovuti alla mancanza di flusso d'acqua nella camera stessa?
• Si tratta di una camera ad alta pressione che ha superato i limiti del ciclo di lavoro?

La riparazione della camera è possibile se si è eseguita una corretta manutenzione, ma una delle chiavi per massimizzare la durata della camera è un sistema idrico adeguato.

Il ruolo di un approvvigionamento idrico di qualità

L'acqua è necessaria e fondamentale per la protezione e il funzionamento del forno a vuoto ed è richiesta per diverse aree del forno. Lo spazio incamiciato all'interno delle pareti della camera da vuoto e lo scambiatore di calore richiedono la maggior quantità di flusso d'acqua. L'acqua mantiene la parete interna del recipiente al di sotto della temperatura massima tipica di 300 °F (148 °C) [6].

Un flusso, una pressione e un trattamento dell'acqua adeguati impediscono alle alte temperature di causare danni estesi al forno. La scarsa qualità dell'acqua non trattata è uno dei principali responsabili del deterioramento di una camera in acciaio al carbonio attraverso l'accumulo e la corrosione delle pareti interne ed esterne del recipiente. Una soluzione per la corrosione dell'acciaio al carbonio è un recipiente in acciaio inossidabile. Sebbene questo design abbia il vantaggio di ridurre l'erosione, in presenza di una cattiva qualità dell'acqua, le pareti della camera possono essere soggette ad accumuli.

Un approvvigionamento idrico di qualità è un modo semplice per aumentare la durata della camera. Per questo motivo, l'approvvigionamento idrico deve soddisfare i seguenti requisiti (come minimo):

• Durezza: 7 grani/gallone (massimo)
• Livello di carbonato di calcio: 3-100 ppm
• pH: 7,0-8,0
• Solidi in sospensione: < 10 ppm
• Conduttività: 300 micro mho/cm [7]

Si consiglia di utilizzare acqua trattata in un sistema a ciclo chiuso per prolungare la durata della camera del forno.

Strategia generale di manutenzione

Per pianificare il futuro è necessario capire che i forni a vuoto possono subire un'usura significativa in diversi modi nel corso della loro vita. Il più estremo è il verificarsi di un evento catastrofico. Può trattarsi del guasto di un motore, di una termocoppia non completamente inserita che consente al forno di funzionare al di sopra della sua temperatura operativa standard, della fusione di un carico di lavoro all'interno del forno o di un errore dell'operatore durante le operazioni di carico/scarico del forno.

Inoltre, uno studio Deloitte ha rilevato che "strategie di manutenzione inadeguate possono ridurre la capacità produttiva complessiva di un impianto tra il 5 e il 20%" [8]. Ciò rende ancora più essenziale l'esecuzione regolare della manutenzione preventiva e predittiva. Soprattutto perché entrambe svolgono un ruolo a lungo termine nella durata di vita delle apparecchiature e spesso fanno la differenza tra una risposta proattiva e una reattiva.

Un piano di manutenzione preventiva (PM) comprende generalmente ispezioni regolari, manutenzione, riparazione e sostituzione delle apparecchiature. In generale, i programmi di PM consentono alle aziende di programmare in anticipo i tempi di inattività e contribuiscono a rendere prevedibili i costi di manutenzione annuali.

La manutenzione predittiva, invece, applica l'analisi per rilevare il rischio di guasto, aiutando così a prevenire il guasto prima che si verifichi. Per esempio, PdMetrics di Ipsen^® La piattaforma software per la manutenzione predittiva si collega ai sensori del forno per raccogliere dati, analizzarli e fornire una diagnostica in tempo reale per qualsiasi necessità di manutenzione imminente [9]. L'integrazione della manutenzione predittiva aiuta gli utenti dei forni a pianificare il futuro, sia che si tratti di programmare il personale per la manutenzione, sia che si tratti di assicurarsi che i pezzi di ricambio necessari siano disponibili in magazzino.

Migliori pratiche di manutenzione

Se adottate una strategia di manutenzione, potreste spendere un po' di più per l'assistenza o per i pezzi critici che tenete a scaffale. Tuttavia, in questo modo sarete anche più preparati in caso di guasto di un componente, che finirà per costare di più della manutenzione necessaria per evitare il guasto.

Come OEM, abbiamo riscontrato che Liste di controllo PM consentono di tenere traccia di tutti gli elementi da ispezionare regolarmente. Alcune delle attività di manutenzione essenziali da eseguire sono:

• Sostituzione dell'olio delle pompe del vuoto a intervalli regolari (in base al ciclo, al processo e all'utilizzo complessivo del forno).
• Sostituzione delle guarnizioni dinamiche, come quelle delle porte e degli otturatori (ogni anno).
• Calibrazione regolare della strumentazione
• Controllare regolarmente il corretto bilanciamento e funzionamento del motore.
• Valutare la zona calda e verificare la presenza di detriti, scolorimento e corretto montaggio dei componenti della zona calda su base giornaliera.

Parti di ricambio

Quando si prende in considerazione l'acquisto di un nuovo forno o la sostituzione di componenti importanti, una domanda importante da porsi è: "Cosa parti di ricambio dovrei tenere a scaffale per ridurre i tempi di inattività non pianificati?". La risposta deve tenere conto della durata (in ore o cicli di calore), della criticità, del lead-time e della durata di conservazione dei componenti, nonché del costo dei tempi di fermo.

Spesso è necessario avere in magazzino articoli ad alto turnover per una sostituzione immediata. Si tratta di componenti che tendono a guastarsi dopo x o sono soggetti a guasti meccanici dovuti a errori dell'operatore. Altri componenti che è bene avere a portata di mano sono gli elementi per la zona calda, gli oli per la pompa, i fili, le rondelle, la ferramenta della zona calda e le guarnizioni per l'intero forno. Se avete diversi forni dello stesso modello e design, potete anche considerare di tenere a scaffale una zona calda o un motore di riserva.

Quando si valuta il ritorno sull'investimento rispetto ai tempi di attività e ai tempi di inattività pianificati, essere proattivi nella gestione della manutenzione è spesso la scelta più efficace dal punto di vista dei costi.

Conclusione

Un nuovo sistema di trattamento termico e i suoi componenti principali sono un investimento importante, da cui ci si deve aspettare decenni di utilizzo. Per trarre il massimo da questo investimento, tuttavia, non solo è necessario scegliere i giusti aggiornamenti e riparazioni per le apparecchiature, ma anche avere un piano di manutenzione delle stesse. Potete acquistare l'apparecchiatura più robusta del mondo, ma se non vi occupate della manutenzione e non seguite le pratiche migliori, non importa quanto sia costruita bene: non riuscirete a sfruttarne appieno il potenziale.

La chiave per assicurarsi che il vostro forno rimanga in buona salute consiste nell'effettuare un investimento intelligente, pianificando in anticipo la manutenzione ed eseguendo quotidianamente le operazioni di base. Naturalmente, non dovete fare tutto da soli. Approfittate dei corsi di formazione sui forni come Ipsen Ue non abbiate timore di chiedere aiuto e approfondimenti. La loro esperienza può essere di grande aiuto nel processo decisionale.

Riferimenti

[1] Herring, D., "Risparmiare denaro massimizzando la produttività del tempo di attività del forno". Riscaldamento industriale, giugno 2013, http://www.industrialheating.com/articles/90856-saving-money-by-maximizing-furnace-uptime-productivity.

[2] Fuller, S., "Analisi dei costi del ciclo di vita (LCCA)". WBDG, Settembre 2016, https://www.wbdg.org/resources/life-cycle-cost-analysis-lcca.

[3] Grann, J., "La manutenzione è importante: Estendere la durata di vita dell'area calda", Trattamento termico, gennaio 2017, http://thermalprocessing.com/article/detail/6364/maintenance-matters-extending-the-hot-zones-life-span.

[4] Herring, D., Trattamento termico sotto vuoto, volume II, BNP Media II, LLC (Michigan, 2016), pp. 141.

[5] Mike Berna, Ipsen USA, 984 Ipsen Road, Cherry Valley, Illinois, 61016, Ipsen U: Una migliore comprensione dei forni a vuoto, Manuale Ipsen U, 2017, pp. 56-64.

[6] Herring, D., Trattamento termico sotto vuoto, BNP Media II, LLC (Michigan, 2012), pp. 168.

[7] Coleman, C. et al., "Making Maintenance Smarter", Deloitte University Press, maggio 2017, https://dupress.deloitte.com/dup-us-en/focus/industry-4-0/using-predictive-technologies-for-asset-maintenance.html.

[8] Goldsteinas, A., "Ottimizzazione delle operazioni di trattamento termico con la manutenzione predittiva". Riscaldamento industriale, ottobre 2015, http://www.industrialheating.com/articles/92505-optimizing-thermal-processing-operations-with-predictive-maintenance.