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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