计划升级现有真空炉时的主要考虑因素

屋顶已经掉了一半。厨房的柜子上没有门。你也不太清楚你前面的草坪发生了什么。最重要的是，你已经花了预期金额的三倍，而你甚至还没有接近完成。简单地说，这是一个家庭装修的噩梦。处理一个家庭装修项目很像修理或升级你的真空炉。而在没有所有事实的情况下开始这个过程会导致情况迅速失控。

对于任何项目或大型工程，成本是必须考虑的因素。第一步是确定你的预算，然后对一切进行定价。从那里，你可以确定在哪里可以获得最大的收益，同时在你的限制范围内工作，并了解需求与愿望。

购买热加工设备是一项长期投资。如果维护得当，你应该期望你的设备能使用几十年。也就是说，在某些时候，你将不得不问这样一个问题："我是买新设备还是在现有设备上投入大量资金？"

以下问题将有助于指导你完成这一决策过程：

• 对炉子及其主要部件的寿命有什么现实的期望？
• 您对热区的质量和性能有什么期望？
• 你需要从你的控制系统中得到什么？
• 是否有新的发展或技术变化可以改善设备的功能，帮助满足你的客户不断变化的要求，甚至帮助你的业务增长？
• 你有什么计划来持续维护你的设备？

当然，这些只是需要考虑的几个问题。了解真空炉及其子系统的公平市场价格也很重要。

新炉子的成本

当你有一个老化的设备时，如果没有所有的事实，很难做出一个明智的、深思熟虑的决定。毕竟，你必须确定你是否有足够的预算来适当照顾你的设备（和适当的间隔），或者是否值得维护你的旧设备而不是购买新的。为了提供一些观点，表1说明了真空炉和几个成本较高的部件的一些公平市场价格范围。

真空炉的典型寿命约为25-35年。当你购买了预期会有较长寿命的设备时，你无疑会发现自己面临着重大的检修，这些检修可能是昂贵的，需要适当的预算规划。与新炉子的成本相比，良好的规划和适当的设备维护可以帮助你避免在过时的设备上投入更多的时间、精力和金钱（图1）。

因此，问题是，"在老化的设备上投资多少钱才算多？"虽然这个问题的答案因公司而异，但你必须考虑购买新设备与维修二手设备的可能投资回报。

第一步是评估你的实际需求。你是否需要一个总是具有最新功能和技术的炉子，以便跟上行业标准？每个人都希望有可靠的设备，但你是需要95%的正常运行时间，24/7的生产，还是你的生产速度允许70-80%的正常运行时间，同时运行一个班次？你是否计划定期将炉子拿出来进行小规模维修和预防性维护，或者说，地板到地板的时间是影响你如何操作炉子的主要因素？

根据你的答案，你将知道哪些更换和升级对你来说是最重要的，以及你将需要如何规划它们。你甚至可以设定一个门槛，一旦你达到这个门槛，你就开始考虑购买新的而不是维护。

设定这一阈值的方法之一是进行生命周期成本分析（LCCA）。它考虑到了获得、拥有和处置一台设备的所有成本[1]。根据Dan Herring的说法，"在寻找热处理炉时要考虑的关键因素是了解真正的设备成本（TEC），它相当于初始投资加上维护的总成本（随着时间的推移）除以设备的预期寿命" [2]。

进行LCCA（或TEC）的目的是估计替代方案的总体成本，并选择确保设备提供 "与其质量和功能一致的最低拥有成本 "的方案[3]。但是，人们可能会发现，"以最低的初始成本采购的工业产品不一定是在长期内成本最低的产品"[1]。

确定投资地点

大多数公司都有预算，在每年的基础上，他们会尽力计划资本支出（capex）和维护支出。例如，如果你有$30,000的整年预算，你要寻找方法使这笔钱覆盖整年的炉子，给你带来最大的价值。你可能会购买热区替换零件和关键的备件，以保持炉子的正常运行。你还需要留出资金用于维护，以及零件更换和维修。

现在，让我们假设你有一笔可观的预算来维修一个旧炉子。你仍然要考虑花钱买一个旧设备是否是正确的决定。以一辆旧的老爷车为例。你是否因为有感情上的价值而重建它？或者，在某一点上，投入的时间、精力和金钱不再与你的目标相一致？

有理由认为，如果你要更换大部分主要子系统，新炉子很可能是更好的投资。如果你要重新安置一个旧炉子，并且有索具和移动费用，这将进一步支持这一立场。

那么，在制定资本支出预算时，你需要评估和计划哪些大项目呢？让我们从你的热区开始。尽管有几个因素决定了您的热区的寿命，但您很可能每隔5到8年就需要对热区进行全面重排或彻底更换。控制系统也可能需要更新，甚至可能在15年左右更换。不过，容器可能只需要在25年内更换一次（如果有的话）。其他需要大修或更换的主要项目包括电机、可变电抗变压器（VRT）和泵--所有这些都可能落入资本支出预算。

图2说明了炉子上三个最昂贵的项目在行业内的平均设备更换率。同样，应该指出的是，有多种因素影响你应该重建或更换这些系统的频率，如工艺类型、使用频率和具体的行业要求。

每个人都希望最大限度地延长其设备的使用寿命，但为了做到这一点，必须遵循最佳做法。然而，如果水质很差，室壁被堵塞和变薄，热区被破坏或老化到无法修复，泵没有得到维护，控制装置过时且不可靠，电机从未被重建或维护，那么主要工作和主要投资将需要尽早进行。然而，如果你已经执行了一个维护设备的计划，你很可能永远不会处于所有主要部件需要同时更换的位置。

那么，你如何避免走到这一步呢？通过遵循最佳做法、爱护设备和明智的支出。

热区更换

任何炉子的核心都是热区，有几个因素会影响您的热区何时和为何要更换。例如，您考虑更换热区是因为部分污染吗？还是因为保温层已经退化，以至于热损失成为一个真正的问题（也许是如此，以至于你看到热区的框架被扭曲或损坏）？

是因为你想要最新的设计，以便与你的其他炉子实现通用？还是因为您无论如何都要在规定的时间间隔内更换它，因为这是您一直以来的做法？不管是什么原因，您都需要在炉子的使用寿命内更换热区。尽管对于热区的状况何时需要更换有不同的观点，但有几个因素会造成磨损，并对热区的寿命产生严重影响。

知道什么时候该更换了

虽然预防性维护可以帮助延长您的热区的寿命，但当它的运行不再接近峰值性能时，可能是时候考虑更换它了。有几个因素会影响到热区的寿命，包括：

1. 泄漏 - 炉内的氧气会使你的部件变色或氧化，并导致热区迅速退化。
2. 清洁度 - 炉内的污染会导致零件变色和热区退化。
3. 压力 - 高压气体淬火，从本质上讲，会在炉子里产生紊乱的气氛；因此，压力越高，燃气轮机冷却电机越大，恶化的可能性就越大。
4. 温度 - 在接近其最高工作温度的情况下操作窑炉，将导致热区加速磨损。
5. 总运行时间 - 炉子运行的周期越长，热区需要维护的频率就越高[4]。

热区磨损的迹象包括过度的硬件破损；加热元件显示出点蚀、恶化或破损的迹象；炉轨的变形和整体磨损；以及绝缘层破损、翘曲或侵蚀的证据，以至于绝缘值受到严重影响。

如果您的保温材料被破坏到您看到内部的柱状墙或框架，您就会向框架辐射大量的热量，并可能造成永久性的损坏。损坏的迹象包括框架的开裂、变形和变色--所有这些都需要维修或更换。

加工周期中的某些因素也是热区退化的警告信号，包括温度均匀性的丧失，由于热损失或过度污染而延长的周期时间，更长的抽水时间，更多的能源消耗，以及部件或热区的变色。

控制装置升级和更换

确定控制装置的升级或更换是否是正确的选择，也是基于一般的期望和需求。当你试图做出决定时，需要考虑的关键问题包括：

• 升级会给你带来更好的数据采集、可追溯性和准确性吗？
• 升级会不会给你带来更好的数据，以提高零件的质量并满足要求更多信息的行业标准？
• 它是否能让你的设备和整体操作更智能、更高效？
• 过时的控制系统和/或组件是否会使你面临风险？

总的来说，有一些基本的数据，你需要让炉子正常运行，提供设备的安全功能。除此之外，还有几个选项可以让你在收集数据的数量和类型、收集这些数据的频率、以及存储和检索的方式上更加精确。

那么，你应该从哪里开始确定控制升级是否适合你，而不是维持现有的控制系统以避免重大投资？

控制选项的范围

可用的控制升级和替换通常取决于真空炉的年龄和您的要求。由于技术的发展速度，部件在短短几年后就开始变得过时了。即使是十年前的控制系统也可能是一个问题，并且不受OEM（原始设备制造商）的支持[5]。

如果一个处理器出现故障，并且有直接的替代物，可以用较新的PLC（可编程逻辑控制器）进行最小的升级。你也可能只需要升级软件或OIT（操作界面终端）平台，或者从纸质记录仪升级到数字记录仪。其他小部件的更换将包括机柜内的基本硬件，包括电线、保险丝和接触器。以上都是相对低成本的解决方案，以保持你的控制系统正常运行，并有机会进行一些小的升级。

另外，如果你的炉子已经有20-25年的历史，你可能最好考虑进行更全面的部分控制升级，或更换整个控制柜。在这个年龄段，绝大部分组件都已经过时，而且对于大多数行业来说，技术肯定是落后于时代的。

总的来说，重要的是要记住，总是有新的技术出现在地平线上，而旧的技术最终会被淘汰。所以要问自己，"我真正需要什么？"然后根据这些需求，考虑可用的选项，以确定哪种解决方案将真正提供所需的短期和长期结果。如果你经常问这个问题，你就不太可能因为控制升级的重大计划外开支而措手不及。

会议厅维护和修理

真空炉室是一项巨大的投资。如果维护得当，你不应该非得更换它。当决定维修或更换时，有几个因素需要考虑：

• 是否有你一直在追寻的泄漏点，而你根本无法自信地进行焊接和修复？
• 室壁是否因水的化学性质不佳而堵塞和变薄，以至于无法再安全地进行维修？
• 腔体本身是否存在因缺乏水流而产生的明显热点？
• 它是一个已经超过其工作周期限制的高压室吗？

如果你进行了适当的维护和保养，箱体维修是可能的，但最大限度地延长箱体寿命的关键之一是一个适当的水系统。

优质水供应的作用

水对于保护和操作您的真空炉是必要和关键的，而且炉子的几个区域都需要水。真空室壁内的夹套空间和热交换器需要最大数量的水流量。水使容器的内壁安全地保持在典型的最高温度300°F（148°C）以下[6]。

适当的流量、压力和水处理将防止高温对您的炉子造成广泛的损害。未经处理的劣质水是导致碳钢炉膛因内部和外部容器壁的堆积和腐蚀而严重恶化的主要原因之一。解决碳钢腐蚀的方法是使用不锈钢容器。虽然这种设计有减少侵蚀的好处，但如果水质不好，室壁上也会出现堆积。

拥有高质量的水供应是增加室的寿命的一个简单方法。因此，供水应满足这些要求（至少）：

• 硬度：7粒/加仑（最大）。
• 碳酸钙水平：3-100 ppm
• pH值：7.0-8.0
• 悬浮固体：< 10 ppm
• 电导率：300微摩尔/厘米[7] 。

我们建议你在闭环系统上使用经过处理的水，以帮助延长炉膛的使用寿命。

一般维护战略

提前计划的一部分是了解真空炉在其整个使用过程中可能会经历一些重大的磨损。最极端的是发生灾难性的事件。这可能是电机的故障；热电偶没有完全插入，使炉子运行超过其标准工作温度；炉内的工作负载熔化；或操作人员在装/卸炉子时出现错误。

此外，德勤的一项研究发现，"不良的维护策略会使工厂的整体生产能力降低5%至20%"[8]。这使得预防和预测性维护的定期执行变得更加重要。特别是由于这两者对设备的寿命起着长期的作用，而且往往是主动和被动反应之间的区别。

预防性维护（PM）计划通常包括定期检查、设备服务、维修和更换。总的来说，预防性维护计划使公司能够提前安排停机时间，并有助于提供可预测的年度维护成本。

另一方面，预测性维护应用分析方法来检测故障风险，从而帮助在故障发生前预防。例如，Ipsen的PdMetrics^® 预测性维护软件平台连接到炉子上的传感器，以收集数据、分析数据并为任何即将到来的维护需求提供实时诊断[9]。预测性维护的整合可以帮助熔炉用户提前计划--无论这意味着安排人员进行维护还是确保所需的熔炉部件有库存。

维护的最佳做法

如果你采用的是维护策略，你可能会在服务或你保存的关键部件上多花一点钱。然而，这也使你在部件发生故障时有更好的准备，因为最终的费用会比防止故障所需的维护费用更高。

作为一个OEM，我们发现 PM检查表 让你能更好地跟踪你应该定期检查的所有项目。你应该进行的一些基本维护活动包括：

• 定期更换真空泵中的油（取决于周期、工艺和整个炉子的利用率）
• 更换动态密封，如门密封和提动阀密封（每年）。
• 定期校准仪器设备
• 定期检查电机是否正常平衡和运行
• 每天评估热区，检查热区部件的碎片、变色和适当的配合。

替换零件

在考虑购买新炉子或更换主要部件时，要问的一个重要问题是："什么？ 零部件 我应该保留在架子上以减少意外停机时间吗？"答案应该考虑寿命（以小时或热循环为单位）、关键性、交货时间和部件的货架寿命，以及停机的成本。

通常情况下，你希望库存中的高周转物品能够立即更换。这类物品是指那些容易在以下情况下发生故障的部件 x 由于操作者的错误而导致的机械故障。其他需要准备的部件包括热区的元件、泵的油、电线、垫圈、热区硬件和整个炉子的密封件。如果你有几个相同型号和设计的炉子，你甚至可以考虑在架子上保留一个备用热区或电机。

当权衡投资回报与正常运行时间和计划停机时间时，积极主动的维护方式往往是最具成本效益的选择。

总结

一个新的热处理系统及其主要部件是一项重大投资，你应该期望从它们身上得到几十年的回报。然而，为了充分利用这项投资，你不仅需要为你的设备选择正确的升级和维修，而且还要有一个维护设备的计划。你可以购买世界上最强大的设备，但如果你不做维护并遵循最佳做法，那么，无论它建造得多么好，你都不会得到它的全部潜力。

确保你的炉子保持健康的关键在于对你的投资要明智，提前计划你的维护，并每天做一些基本的工作。当然，你不必自己去做这些。利用炉子培训的优势，如 Ipsen U不要害怕向他们寻求帮助和见解。在通过这一决策过程时，他们的专业知识可能是一个很大的支持。

参考文献

[1] Herring, D., "通过最大限度地提高熔炉正常运行时间的生产力来节省资金"。 工业加热, 2013年6月、 http://www.industrialheating.com/articles/90856-saving-money-by-maximizing-furnace-uptime-productivity.

[2] Fuller, S., "寿命周期成本分析（LCCA）"。 WBDG、 2016年9月、 https://www.wbdg.org/resources/life-cycle-cost-analysis-lcca.

[3] Grann, J., "维护问题：延长热区的寿命"、 热加工, 2017年1月、 http://thermalprocessing.com/article/detail/6364/maintenance-matters-extending-the-hot-zones-life-span.

[4] Herring, D. 、 真空热处理，第二卷, BNP Media II, LLC (Michigan, 2016), pp.141.

[5] Mike Berna, Ipsen USA, 984 Ipsen Road, Cherry Valley, Illinois, 61016、 Ipsen U:对真空炉的更好理解、 Ipsen U手册，2017年，第56-64页。

[6] Herring, D. 、 真空热处理报道：BNP Media II, LLC (Michigan, 2012), pp.168.

[7] Coleman, C. 等.《让维护更智能》，德勤大学出版社，2017年5月、 https://dupress.deloitte.com/dup-us-en/focus/industry-4-0/using-predictive-technologies-for-asset-maintenance.html.

[8] Goldsteinas, A., "利用预测性维护优化热加工操作"。 工业加热, 2015年10月、 http://www.industrialheating.com/articles/92505-optimizing-thermal-processing-operations-with-predictive-maintenance.