ANALIZA ZUŻYCIA CIECZY CHŁODZĄCO-SMARUJĄCYCH

ANALIZA ZUŻYCIA CIECZY CHŁODZĄCO-SMARUJĄCYCH Wodne emulsje chłodząco-smarujące są niezbędne podczas obróbki różnego rodzaju materiałów i elementów w przemyśle maszynowym. W wielu zakładach świadomość możliwości uzyskania oszczędności poprzez wprowadzenie systemu gospodarki cieczami chłodząco-smarującymi jest niewielka. Niniejszy poradnik zawiera informacje i wskazówki w jaki sposób można obniżyć zużycie cieczy aby : - uzyskać oszczędności związane z zakupem cieczy oraz ich unieszkodliwianiem, - skrócić czasu przestoju maszyn wynikający z problemów związanych z cieczami chłodzącosmarującymi; - zoptymalizować odstępy czasu pomiędzy wymianami cieczy; - zminimalizować problemy związane z jakością produktu; - poprawić środowisko pracy i oddziaływanie zakładu na środowisko, - uzyskać lepsze wyniki niż konkurencja. BADANIE W celu określenia charakterystyki sektora oraz danych dotyczących zużycia oraz gospodarki cieczami chłodząco-smarującymi do zakładów z przemysłu maszynowego w Wielkiej Brytanii została wysłana ankieta. Dzięki dużemu zróżnicowaniu przemysłu maszynowego w Wielkiej Brytanii, wyniki badania pozwoliły na wyciągnięcie użytecznych wniosków oraz porównań 1. Badanie wykazało, że w Wielkiej Brytanii ciecze chłodząco-smarujące stosowane są przez zakłady prowadzące różne procesy produkcyjne. Wyniki pokazują różnice zarówno w ilość zużywanych cieczy oraz sposobach gospodarowania nimi. W związku z tym wiele zakładów może zmniejszyć zużycie cieczy chłodząco-smarujących oraz ulepszyć procedury gospodarowania. Niniejszy przewodnik: - przedstawia wyniki badania, które pozwalają na porównanie obecnego zużycia cieczy z zużyciem w innych zakładach z branży; - wprowadza gospodarki cieczami, pozwalający na przedstawienie powiązań pomiędzy wielkością produkcji, ilością używanych cieczy chłodząco-smarującyh, kosztami oraz określenie stopnia gospodarowania cieczami; - pomaga oszacować oszczędności związane z ulepszeniem gospodarki cieczami chłodzącosmarującymi; - zawiera Plan działania i rady pozwalające na przeanalizowanie i obniżenie obecnego poziomu zużycia cieczy prowadzące do obniżenie kosztów. Charakterystyka sektora Rodzaje działalności Podział zakładów wg rodzajów działalności przedstawiony jest na wykresie 1. Większość ankietowanych zakładów prowadzi działalność, którą można zaliczyć do wielu sektorów. Najczęściej wymienianymi sektorami są przemysł ogólnomaszynowy oraz mechanika precyzyjna. 65% zakładów biorących udział w badaniu prowadziło działalność w tych dwóch sektorach. 1 Wyniki badania oparte są na odpowiedziach, których udzieliło 41 zakładów. 1

mechanika precyzyjna 32% ogólny 36% motoryzacyjny 20% lotniczy 12% Wykres 1. Rodzaje działalności Wielkość zakładu Wykresy 2 i 3 przedstawiają podział zakładów w zależności od wielkości produkcji. Około 40% zakładów biorących udział w badaniu posiada mniej niż 10 maszyn, bądź zatrudnia mniej niż 25 operatorów maszyn. Poniżej 5% badanych zakładów posiada więcej niż 500 maszyn i zatrudnia ponad 500 operatorów. Najwięcej dużych zakładów znajdowało się w sektorze lotniczym i samochodowym. W 69% zakładów zatrudnionych było więcej niż 50 operatorów. W sektorze ogólnomaszynowym i mechaniki precyzyjnej takich zakładów było tylko 25%. 51-100 7% 101-500 7% >500 7% <10 37% 26-50 22% 11-25 20% Wykres 2. Ilość stosowanych obrabiarek w zależności od wielkości zakładu 101-500 10% >500 5% <10 27% 51-100 24% 26-50 17% 11-25 17% Wykres 3. Liczba zatrudnionych operatorów obrabiarek w zależności od wielkości zakładu 2

Rodzaje maszyn Pomimo, że w przemyśle maszynowym prowadzi się wiele procesów obróbkowych za główny proces uważane jest toczenie. Udział głównych procesów obróbkowych przedstawiony został w tabeli 1. Tabela 1. Rodzaje stosowanych obrabiarek Proces obróbkowy Łączna ilość obrabiarek w badanych zakładach (%) Obracający się przedmiot (np. toczenie) 43 Obracające się narzędzie (np. frezowanie) 37 Ścieranie (np. szlifowanie) 20 ZUŻYCIE CIECZY CHŁODZĄCO-SMARUJĄCYCH Trendy w użyciu cieczy obróbkowych Rodzaje cieczy stosowanych w badanych zakładach przedstawiono w tabeli 2. Tabela 2. Rodzaje stosowanych cieczy chłodząco-smarujących Rodzaj cieczy Charakterystyka Łączna ilość zużywana w badanych zakładach (%) syntetyczna roztwór klarowny (o zabarwieniu) 10 pół-syntetyczna półprzezroczysta 83 makro emulsja tradycyjna emulsja 7 Wyniki badania wykazują, że najczęściej stosowane są ciecze pół-syntetyczne. Stosowanie tych cieczy zwiększa jakość obróbki oraz redukuje problemy zdrowotne operatorów związane z podrażnieniami skóry. Zużyte ciecze syntetyczne i pół-syntetyczne trudniej jednak unieszkodliwić i oddzielić w celu zagospodarowania. Obliczenie i porównanie zużycia cieczy Zużycie cieczy waha się znacznie w zależności od zakładu i wynika z różnorodności poziomów produkcji, rodzajów obrabianych elementów, stosowanych materiałów i gospodarki cieczami. W celu porównania wielkości zużycia cieczy w różnych zakładach, wprowadzono wielkości zużycia cieczy oparty na zużyciu cieczy na obrabiany element. Wielkość ta jest oparta na danych, które łatwo można obliczyć i monitorować. Wielkość ta to jednostkowe zużycie cieczy wyrażona jako litry użytej cieczy na m 3 wyprodukowanych opiłków metalu. Tabela 3 służy do obliczenia jednostkowego zużycia cieczy. Jako przykład podano dane fikcyjnej firmy Metalcutters Ltd. 3

Tabela 3. Obliczanie jednostkowego zużycia cieczy chłodząco-smarujących Metalcutters Ltd przykład* Łączne zużycie cieczy chłodząco-smarujących w ciągu roku (wszystkie rodzaje) l A 4625 litrów Waga opiłków wyprodukowanych w procesach z użyciem cieczy chłodzącosmarujących w tym samym okresie Np. stalowych t B 14 ton Np. aluminiowych t C 2 tony Np. tytanowych t D Ekwiwalent objętościowy wyprodukowanych opiłków ( gęstość)** Stalowe (=B 8) m 3 E 1,75 m 3 Aluminiowe (=C 2,8) m 3 F 0,71 m 3 Tytanowe (=D 4,5) m 3 G Jednostkowe zużycie cieczy obróbkowych (litry/m 3 wyprodukowanych opiłków) l/m 3 A/(E+F +G) 1880 l/m 3 * Metalcutters Ltd zużywa rocznie 2500 litrów cieczy pół-syntetycznej jednego rodzaju, 1800 litrów cieczy półsyntetycznej innego rodzaju oraz 325 litrów mikro emulsji, co daje łącznie 4625 litrów. Zakład produkuje elementy precyzyjne i wytwarza 14 ton opiłków stalowych rocznie oraz 2 tony opiłków aluminiowych rocznie. ** Obliczeń należy dokonać dla wszystkich rodzajów obrabianych metali, np. żelazo (gęstość 7,5), miedź (gęstość 8,9), mosiądz (gęstość 8,5), brąz (gęstość 8,0), nikiel (gęstość 8,9), cynk (gęstość 7,0) Podczas wstępnego porównania wyników badania okazało się, że jedynie dwie trzecie badanych zakładów było w stanie dostarczyć gotowe dane dotyczące zużycia cieczy i/lub produkcji opiłków. Po przeprowadzeniu dodatkowych badań uzyskano 90% danych. Na podstawie badań można wywnioskować, że jedna osoba w zakładzie prawdopodobnie nie zna wszystkich danych potrzebnych do przeprowadzenia przeglądu wykorzystania cieczy i konieczne jest zaangażowanie całego zespołu. Dane dotyczące jednostkowego zużycia cieczy wynikające z badania zostały porównane i przedstawione na wykresie 4. Wykres przedstawia zakres zużycia cieczy obróbkowych w zakładach biorących udział w badaniu. Wykres ten można wykorzystać do porównania zużycia cieczy w zakładzie z wynikami osiąganymi w innych zakładach z sektora. Dla przykładu, Metalcutters Ltd zużywa 1880 litrów cieczy/m 3 wyprodukowanych opiłków. Z wykresu wynika, że ok. 82% badanych zakładów wykorzystuje ciecze w sposób bardziej wydajny. DLACZEGO NALEŻY ULEPSZYĆ GOSPODARKĘ CIECZAMI I REDUKOWAĆ ICH ZUŻYCIE? Koszty zakupu cieczy chłodząco-smarujących są bardzo często postrzegane jako nieuniknione, ale bardzo niskie koszty. W związku z tym nie przywiązuje się zbyt dużej uwagi do ich zakupów, gospodarowania nimi oraz ich unieszkodliwiania. Wyniki badania wykazują jednak, że koszt cieczy obróbkowych (wszystkich typów) zawiera się w przedziale 0,70 4,54 GBP 2 /litr, średnia cena wynosi 2,32 GBP/litr. To zaś równa się średniemu kosztowi w granicach od 460 GBP na 1m 3 wyprodukowanych opiłków w przypadku stosowania najtańszych cieczy, do ponad 23000 GBP na 1m 3 w przypadku cieczy droższych (wykres 4). Dlatego, w większości przypadków istnieje możliwość zredukowania kosztów związanych ze stosowaniem cieczy. W zakładach, w których gospodarka cieczami nie jest wystarczająca możliwe jest osiągnięcie oszczędności rzędu 40-60%. Zużyte ciecze obróbkowe są mieszaniną związków chemicznych i wymagają odpowiedniego zagospodarowania. Razem z zaostrzaniem się przepisów środowiskowych, metody zagospodarowywania odpadów stają się coraz bardziej skomplikowane i kosztowne. W związku z tym, zredukowanie objętości materiału do zagospodarowania może przyczynić się do uzyskania dodatkowych oszczędności i korzyści środowiskowych. 2 1 GBP= 5,7419 PLN (stan na luty 2005 r.) 4

Wykres 4. Wykres do porównania jednostkowego zużycia cieczy chłodząco-smarujących GOSPDOARKA CIECZAMI CHŁODZĄCO-SMARUJĄCYMI Prowadzenie właściwej gospodarki cieczami obróbkowymi odgrywa ważną rolę w maksymalizowaniu czasu użycia cieczy i zredukowaniu kosztów. Badane zakłady zostały poproszone o dostarczenie danych dotyczących monitorowania zużycia cieczy i procedur gospodarowania nimi a także najczęstszych przyczyn wymiany cieczy. Wskaźniki opracowane dla każdej kategorii przedstawiono w tabeli 4. By określić stopień gospodarki cieczami należy postępować zgodnie z procedurami wymienionymi w tabeli 4. Wykresy 5, 6 i 7 przedstawiają wyniki dotyczące poszczególnych ów. Warto zauważyć, że: - w 39% zakładów ciecze są wymieniane w przypadku wystąpienia problemów (tabela 4, dział C); - w kolejnych 37% zakładów ciecze są wymieniane zgodnie z przyjętym harmonogramem wymian. W obu przypadkach czas użycia cieczy mógłby być potencjalnie wydłużony poprzez ulepszenie praktyk zarządzania nimi. Ponad połowa badanych firm podała jako powód wymiany nadmierną zawiesinę cząstek stałych lub zużytego oleju. W takich przypadkach wskazane byłoby zastosowanie aparatury filtrującej lub urządzeń do wyłapywania oleju. W celu oszacowania wpływu technik gospodarowania cieczami na ich zużycie, trzy i zostały połączone w jeden gospodarowania cieczami (patrz tabela 4). Zakład Metalcutters Ltd posłużył jako przykład do zilustrowania obliczeń. POWIĄZANIE ZUŻYCIA CIECZY Z TECHNIKAMI GOSPODAROWANIA Dane uzyskane od respondentów zostały przeanalizowane w celu opracowania ogólnego a gospodarki cieczami w odniesieniu do jednostkowego zużycia cieczy. Dane te zostały przedstawione na następnych wykresach. Wykres 8 służy do określania aktualnej pozycji i oszacowania możliwych oszczędności. Na wykresie 9 przedstawiono ogólne zmniejszenie zużycia cieczy obróbkowych w przypadku usprawnienia technik gospodarki cieczami. Na wykresie 10 przedstawiono przykład Metalcutters Ltd do zilustrowania obliczeń potencjalnych korzyści finansowych w skali roku. Zakłady, w których obecne techniki gospodarowania cieczami są nie najlepsze mogą osiągnąć oszczędności rzędu 40-60%. W zakładach, w których techniki te są dobre również możliwe jest osiągnięcie oszczędności. 5

Przegląd zużycia cieczy Zakończony został pierwszy etap, w którym obliczone zostało aktualne zużycie cieczy obróbkowych i zostało ono porównane z innym zakładami z sektora. Na podstawie tabeli 4 obliczony został gospodarowania cieczami. Na podstawie wykresu 8 można oszacować potencjalne oszczędności. Niebieska linia łączy najwyższe zużycie cieczy chłodząco-smarujących a pomarańczowa najniższe. Krok 1. Na wykresie 8 należy zaznaczyć jednostkowe zużycie cieczy (z tabeli 3) z uwzględnieniem ogólnego a gospodarowania cieczami (z tabeli 4), jak pokazano na wykresie 10 dla Metalcutters Ltd. Krok 2. Wyznaczony punkt należy połączyć za pomocą linii wykreślonej wzdłuż linii znajdujących się najbliżej wyznaczonego punktu z punktem na prawym słupku wykresu przedstawiającym najlepsze praktyki w zakresie gospodarki cieczami obróbkowymi. Punkt wyznaczony na prawym słupku przedstawia jednostkowe zużycie cieczy, które może zostać osiągnięte poprzez usprawnienie gospodarki cieczami chłodząco-smarującymi. Jeżeli gospodarki cieczami chłodząco-smarującymi znajduje się już w prawej kolumnie, w dalszym ciągu możliwe jest uzyskanie oszczędności poprzez regularne przeglądy oraz optymalizację technik gospodarki cieczami obróbkowymi. Krok 3. Potencjalne oszczędności mogą być oszacowane poprzez porównanie kosztów zużycia cieczy (patrz wykres 10). Krok 4. W wyniku przemnożenia potencjalnych oszczędności oszacowanych w kroku 3 przez obecny poziom wytwarzania opiłków (wyliczony z tabeli 3) uzyska się szacunkowe roczne oszczędności wynikające z ulepszenia gospodarki cieczami obróbkowymi. Przykład na wykresie 10. Wykres 8. Jednostkowe zużycie cieczy obróbkowych w odniesieniu do praktyk gospodarki cieczami 6

Tabela 4. Szacowanie ogólnego a zużycia cieczy chłodząco-smarujących Wyniki badania Techniki gospodarowania cieczami Metalcutters Ltd.* 2 50% 0 15% 1 35% A) Monitoring cieczy Proszę wybrać pole odpowiadające poziomowi monitoringu w zakładzie Monitoring poziomu cieczy w zbiorniki 0! Monitorig poziomu cieczy w zbiorniku oraz stężenie cieczy 1 Monitoring poziomu cieczy w zbiorniku, stężenie, ph, inne parametry cieczy 2 2 46% 0 2% 1 52% B) Konserwacja cieczy Proszę wybrać pole odpowiadające poziomowi konserwacji cieczy w zakładzie Brak zabiegów 0 Dodawanie rozcieńczonej cieczy 1! Dodawanie rozcieńczonej cieczy oraz innych wymaganych dodatków 2 1 24% 0 (wymiany planowe) 37% 0 (wymiany w przypadku problemów 39% C) Wymiana cieczy Proszę wybrać pole odpowiadające powodom wymiany cieczy w zakładzie W przypadku wystąpienia problemów (np. korozja, ograniczona żywotność narzędzi, problemy BHP, uciążliwe zapachy, wzrost wytwarzania piany, dymu) 0 Wymiana zgodnie z przyjętym harmonogramem 0! Starzenie się cieczy (np. bardzo wysokie stężenie lub ph, wysoki poziom bakterii, powstawanie zanieczyszczeń pływających, osadów lub zawiesi) 2 D) Łączny gospodarowania cieczami (A+B+C) 1 *Sprawdzany jest stan cieczy w obrabiarkach podczas uzupełniania zbiorników rozcieńczonym koncentratem, nie jest natomiast zachowane zalecane przez producenta stężenie roztworu. Ciecz jest wymieniana zgodnie z harmonogramem podczas weekendów oraz przestojów urlopowych, niezależnie od stanu cieczy. 7

Wykres 9. Trendy jednostkowego zużycia cieczy chłodząco-smarującyh w odniesieniu do gospodarki cieczami chłodząco-smarującymi Wykres 10. Jednostkowe zużycie cieczy chłodząco-smarujących w odniesieniu do gospodarki cieczami na przykładzie Metalcutters Ltd. Poziom oszczędności możliwy do osiągnięcia poprzez ulepszenie procedur gospodarki cieczami zależy od procesu produkcjyjnego. 8

Podczas szacowania oszczędności nie wzięto pod uwagę oszczędności związanych z przedłużeniem żywotności narzędzi, skróconych czasów przestojów, niższego poziomu produkcji złomu, kosztów unieszkodliwiania cieczy itp. Ponadto, kiedy raz podejmie się działania i uzyska oszczędności nie powinno się na tym poprzestać proces usprawniania gospodarki cieczami obróbkowymi powinien być procesem ciągłym. Na wykresie 8 przedstawiono jedynie potencjalne oszczędności, które mogą być osiągnięte poprzez odpowiednie stosowanie cieczy obróbkowych i związanych z tym kosztów zakupów. Przedstawione trendy są wynikiem przeprowadzonych badań i powinny służyć jako zachęta dla firm do wprowadzenia zmian w ich praktykach gospodarki cieczami, w celu uzyskania zmniejszenia kosztów. Przykład Metalcutters Ltd może potencjalnie osiągnąć oszczędność zużycia cieczy obróbkowych w wysokości 1000 litrów (2320 GBP)/m 3 wyprodukowanych opiłków. Równa się to rzeczywistym oszczędnościom w wysokości 5700 GBP przyjmując produkcję opiłków na poziomie 2,46 m 3 (E i F w tabeli 3) i średnie koszty zakupu cieczy obróbkowych w wysokości 2,32 GBP/litr (wykres 10). Możliwe będzie również uzyskanie pośrednich oszczędności związanych z na przykład skróconym czasem przestoju, polepszeniem jakości obróbki i zmniejszeniem zużycia narzędzi. ZAGOSPODAROWYWANIE ZUŻYTYCH CIECZY CHŁODZĄCO-SMARUJĄCYCH Zużyte ciecze obróbkowe są mieszanką substancji chemicznych potencjalnie niebezpiecznych dla środowiska i muszą być zagospodarowywane w odpowiedni sposób. Koszty unieszkodliwiania wzrastają i prawdopodobnie jeszcze znacznie wzrosną w najbliższych latach. Wyniki badania pokazują, że w 78% badanych zakładów zużyte ciecze unieszkodliwiane są za pośrednictwem specjalistycznych przedsiębiorstw, 10% zakładów posiada systemy do oddzielania i uzdatniania zużytych cieczy obróbkowych w celu zmniejszenia ilości cieczy poddawanej unieszkodliwianiu. Pozostałe 12% odprowadza zużyte ciecze obróbkowe do systemu kanalizacyjnego na podstawie umowy z przedsiębiorstwem kanalizacyjnym. Około 75% badanych zakładów nie dostarczyło informacji dotyczących ilości zagospodarowywanych cieczy obróbkowych i kosztów z tym związanych. Z informacji uzyskanych z pozostałych zakładów zidentyfikowane zostały następujące koszty: - koszt zagospodarowania zużytych cieczy obróbkowych przez specjalistyczne przedsiębiorstwo waha się pomiędzy 0,04 a 0,062 GBP/litr, - koszt zagospodarowania pozostałości po wstępnym uzdatnianiu na miejscu wynosi od 0,01 do 0,03 GBP/litr. ULEPSZANIE GOSPODARKI CIECZAMI CHŁODZĄCO-SMARUJĄCYMI Przeprowadzone właśnie obliczenia powinny być jedynie pierwszym krokiem w procesie ulepszania gospodarki cieczami obróbkowymi. Regularne monitorowanie zużycia cieczy i procedur gospodarki cieczami zgodnie z Planem działania jest niezbędne. W celu osiągnięciu oszczędności związanych z użyciem cieczy wszyscy pracownicy powinni być zaangażowani w proces usprawnień. Więcej informacji można znaleźć w poradniku Minimalizacja strat sposobem na oszczędność kosztów: zespoły i mistrzowie 3. Poniżej przedstawiono listę praktyk używania i gospodarki cieczami obróbkowymi, która może pomóc w osiągnięciu oszczędności. 3 Saving money through waste minimisation: teams and champions 9

Działania związane z używaniem cieczy: - monitorowanie i utrzymywanie cieczy w odpowiednim stanie poprzez mierzenie ich parametrów, - stosowanie urządzeń do usuwania zawiesin i zużytego oleju, - zrezygnowanie z wymiany cieczy jedynie na podstawie harmonogramu, - zaangażowanie dostawcy cieczy będzie mógł zidentyfikować problemy wcześniej i przedstawić wartościowe rady. Działania zarządcze - zapewnienie, że wszyscy pracownicy są świadomi ile cieczy jest używanej i jakie są koszty jej zakupu i unieszkodliwiania, - zaangażowanie operatorów maszyn i konserwatorów w proces opracowywania strategii gospodarki cieczami jak również ścisła współpraca pomiędzy wszystkimi wydziałami firmy, - wprowadzenie technik dobrego gospodarowania, - wybranie optymalnego sposobu zagospodarowywania odpadów, - ustanowienie realistycznych celów dotyczących uzyskiwania oszczędności, - informowanie na bieżąco pracowników odnośnie dokonanego postępu, - podkreślanie wkładu wszystkich pracowników w osiąganie oszczędności. W związku z ciągłymi zmianami kosztów zakupu cieczy obróbkowych i ich zagospodarowywania, wymagań prawnych i metod produkcji, bardzo ważne jest by procedury dotyczące gospodarowania cieczami były poddawane przeglądom w regularnych odstępach czasu w celu zapewnienia, że w dalszym ciągu są one optymalne. 10

PLAN DZIAŁAŃ Należy monitorować zużycie oraz ilość zagospodarowywanych zużytych cieczy obróbkowych w odniesieniu do wielkości produkcji wiórów Czy zużycie lub ilość zagospodarowywanych zużytych cieczy wzrasta? TAK Czy zużycie cieczy jest porównywalne z najniższym zużyciem w branży? NIE NIE Należy wprowadzić ulepszony monitoring oraz procedury gospodarki cieczami obróbkowymi. Problemy powinny być niezwłocznie rozwiązywane. Należy się kontaktować z dostawcą cieczy obróbkowych. W porozumieniu z operatorami maszyn należy stworzyć program gospodarki cieczami obróbkowymi TAK Należy dokonywać przeglądu procedur gospodarki w regularnych odstępach czasu Tekst został przetłumaczony za zgodą Envirowise Practical Environmental Advice for Business 11