|
ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ ДИНОЗАВРЫ ВЫМИРАЮТ ИЛИ ПОЧЕМУ НУЖНА СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ ПЛЕНКИ
|
К.т.н. Смышляев А.Р.
|
За последние 15-20 лет в структуре экономики России произошли принципиальные изменения. Капитал, эта овеществленная субстанция материи, энергии и времени, помноженный на труд, получил свободу перемещения и устремился в выгодные и надежные инвестиционные проекты. Поначалу перераспределение капитала и структурные преобразования российской экономики приобретали, казалось, апокалиптические черты. Однако сегодня мы можем видеть, что "за занавесом" развивались менее драматические, но гораздо более важные структурные преобразования. Произошедшее перераспределение ресурсов общества с фактической концентрацией труда и капитала на наиболее рентабельных направлениях создали фундаментальные основы для последующей модернизации национальной экономики и восстановления промышленной мощи страны.
Индустрии переработки полимеров в этом смысле повезло больше, чем многим другим секторам экономики. Рост в ней был заметен даже в период общего экономического спада 90-х годов. Это неудивительно, если учесть сравнительно высокую отдачу от применения полимеров в народном хозяйстве, с одной стороны, и низкий начальный уровень развития индустрии переработки полимеров, с другой. Количественный рост производства переработки пленок достаточно хорошо изучен и описан. Сегодня важнее понять качественные параметры роста, спрогнозировать, как и куда пойдет развитие промышленности переработки полимеров. Дать ответы на следующие вопросы, от решения которых зависит благополучие большого числа людей. Какова емкость рынка тех или иных продуктов переработки полимеров? Под влиянием каких факторов происходит движение вперед? Что следует делать предпринимателям, чтобы оказаться на "экономическом эскалаторе"?
За ответами на заданные выше вопросы принято обращаться к маркетологам. Ни в коей мере не подвергая сомнению профессионализм специалистов и полезность подобных исследований, хотелось бы отметить, что данный метод предсказаний изначально основан на анализе достигнутого уровня производства и потребления. В такой относительно новой области человеческой деятельности, как производство и переработка полимеров, часто случается, что не производитель следует за рынком, а рынок следует за предлагаемыми видами продукции. Появляются новые виды полимерных материалов, современные способы их применения и, соответственно, более технологичные виды оборудования для их производства. Все три перечисленных направления развития взаимодействуют друг с другом причудливым образом, так что иногда трудно разобраться, где "яйцо", а где "курица". Причем появление новых технологий может в корне изменить всю структуру рынка.
В области производства и переработки полимеров такие явления наблюдались неоднократно. Так в 80-е годы на рынок пришел полиэтилен высокой плотности, производимый по новой технологии. ПЭВП, он же полиэтилен низкого давления (ПЭНД), сильно изменил рынок производства и переработки полиэтиленовых пленок за счет более высокой прочности, жесткости и жиростойкости. "Шуршащие" пакеты типа "маечка", фасовочные пакетики и прочая аналогичная упаковка быстро вытеснила авоськи и пакеты из более традиционного полиэтилена низкой плотности. Аналогичные, хотя и менее заметные в быту, процессы происходят сейчас и с появлением различных видов полиэтилена - линейного, бимодального, сверхнизкой плотности. Определенный потенциал развития имеет также применение сэвилена и сшитого полиэтилена. На основе новых материалов сравнительно недавно появились сенажные пленки для хранения и ферментации силоса, защитные пленки, больше известные пока за рубежом под названием "protective film", упаковка паллет в полимерный чулок по технологии "stretch hood". Как знать, может быть в ближайшие годы мы станем свидетелями замены бумаги, стекла, дерева и металла, а также ПВХ и резины полимерными материалами на основе самых экологичных видов полиолефинов.
Кроме химии полимеров, существенное влияние на рынок в прошлом оказывали и, по-видимому, будут продолжать оказывать новые способы переработки полимеров. Хотелось бы остановиться на этой стороне вопроса подробнее.
На тему переработки полимеров за последние 60 лет написано огромное количество научных работ. Однако, в отличие от многих других областей знания и технологии, эта отрасль науки все еще находиться в самом начале пути. Об этом говорит анализ публикаций и фундаментальных трудов, с одной стороны, и разрыв между теорией и практикой, с другой. Ученые и специалисты, работающие в этой области, часто оперируют понятиями "невозможно предсказать" или "существуют различные версии". Так, к примеру, все еще слабо поддается расчету "формующий" инструмент для экструзии профилей, не удается предсказать или смоделировать движение полимера вблизи твердой поверхности, взаимодействие слоев движущегося полимера при соэкструзии. Нет точных методов расчета нарушения целостности расплава при экструзии, мало изучены процессы плавления и гомогенизации расплава в шнековых прессах. Часто отсутствуют даже данные по кривым течения расплава того или иного полимерного сырья, без чего реологические расчеты невозможны.
При этом впечатляющие теоретические показатели физикомеханических свойств полимеров, описанные теоретически или даже полученные в лабораторных условиях, в промышленности только предстоит реализовать. На практике это означает, что качество и скорость процесса получения и переработки полимеров до сих пор в значительной степени основаны на опыте или на дорогостоящих натурных экспериментах. Очевидно, что при таком положении дел может возникнуть неожиданный "технологический прорыв" в практике переработки полимеров.
Для иллюстрации этого положения можно привести такой пример. Известно, что при получении пленки по традиционной технологии (раздувным методом) через формующую щель шириной в 1,5 мм можно выдавить до 1,2, а в отдельных случаях и до 1,7 кг полимера на каждый миллиметр диаметра фильеры за каждый час работы. При попытке увеличить этот показатель резко падает качество поверхности пленки. Не существует единого мнения по поводу причин, приводящих к ухудшению качества. В то же время в некоторых случаях удается на порядок повысить предел пропускной способности фильеры без ухудшения качества. Технологи называют это необычное явление "суперэкструзия". На практике удалось добиться стабильной работы оборудования в режиме суперэкструзии только при покрытии проволочной заготовки полимерным изолятором. Распространение этого опыта на другие области экструзииозначало бы значительное повышение конкурентоспособности.
Подобных примеров достаточно много. Перечислим некоторые значимые, на наш взгляд, тенденции.
В последние годы в производстве рукавной пленки все большую популярность приобретает применение "термоножей". Эти относительно простые и недорогие устройства, позволяют получать из одного широкого рукава несколько узких, что позволяет уменьшить капиталоемкость производства и снизить удельные затраты труда при получении рукавной пленки. Изначально рынок с осторожностью отнесся к появлению рулонов и пакетов с боковым запаянным швом. Однако более высокая эффективность технологии в сочетании с конкурентоспособным качеством новой продукции постепенно изменили ситуацию. Сегодня горячие ножи применяются как на пленочных экструдерах, так и в составе нового поколения пакетосварочных машин, специализированных под применение термоножей.
Все большую популярность получает технология непрерывной сварки пакетов. В отличие от обычных пакетосварочных машин, которые реализуют циклическое продвижение пленки в зону сварки и отрезки, в машинах непрерывной сварки пленка перемещается безостановочно. При этом сварочные и отрезные ножи циклически подводятся к пленке и некоторое время движутся вместе с ней. Более сложная кинематика подобных устройств оправдывается значительным ростом скорости переработки. В зависимости от длины пакета и количества сварочных ножей на барабане, производительность пакетосварочных машин может достигать 600 пакетов/мин при работе в два ручья. Сегодня такое оборудование выпускается, например, испанской фирмой "Коемтер". По желанию заказчика пакетосварочные машины этой фирмы комплектуются одним, двумя или четырьмя ножами на сварочном барабане.
Все более широкое распространение получает технология дополнительного понижения температуры воздуха, охлаждающего пленку в процессе экструзии. Специальные охлаждающие устройства, чиллеры, они же промышленные кондиционеры, использовались поначалу лишь для повышения производительности пленочных экструдеров при повышении температуры окружающего воздуха. Однако полученная таким образом пленка обладает более высокой прочностью и прозрачностью. Кроме того, при экструзии непрочных расплавов повышается стабильность процесса, что при использовании рукавного метода позволяет производить более широкие рулоны. Эти преимущества компенсируют некоторое увеличение затрат на оборудование и электроэнергию, связанное с необходимостью дополнительного охлаждения.
Еще одна технология, которая сравнительно недавно вошла в практику, имеет название высоконапорной экструзии. Повышение напора расплава полимера с уровня 10..20 до 100..300 МПа позволяет добиться более высокой производительности и стабильности процесса экструзии, а также, что более важно, использовать более совершенный формующий инструмент для получения пленок более высокого качества. Высокий напор расплава полимера достигается за счет применения рифленой втулки в зоне загрузки, что увеличивает эффективный коэффициент трения с 0,1..0,2 до 0,6..0,8. Это позволяет, в частности, повысить производительность экструзии на десятки, а иногда и на сотни процентов.
На необходимость увеличения эффективного коэффициента трения втулки обратил внимание Г.Декер в 1941 году (H.Decker. "Die Spitzmaschie" P.Troester, Hanover, W.Germany, 1941). Первый опыт практического применения рифленых втулок, относящийся к концу 60-х годов, показал значительное повышение удельной производительности оборудования. Пионером производства пленочных экструдеров с рифленой втулкой стала немецкая фирма Reifenhauser. Надо отметить, что в 80-е годы данную технологию высоко оценили и в СССР. В начале 90-х годов на НПО ПЛАСТИК были созданы первые опытно-промышленные образцы высоконапорных экструдеров. Сегодня не осталось практически ни одной европейской фирмы, которая не использовала бы высоконапорную экструзию.
В 1972 году Е.Лангекером было теоретически доказано превосходство винтовых (геликоидных) рифленых втулок по сравнению с прямыми (аксиальными) и получен соответствующий патент. Широкому распространению геликоидных втулок пока препятствуют высокая стоимость и сложность изготовления. Однако более высокое качество подготовки расплава, повышение напора при заметном, на 45% снижении потерь электроэнергии (согласно E.Langecker, G.R. Langecker, W.Fillman, Plasverarbeiter, 1977), позволяют предположить, что геликоидные втулки придут на смену аксиальным.
В результате применения высоконапорной экструзии удалось создать новое поколение более совершенного формующего инструмента, что позволило снизить абсолютную вариацию толщины пленки с уровня 10-15%, характерного для оборудования 80-х годов, до предельного уровня 5% даже без применения систем автоматического снижения разнотолщинности. Приход на рынок высококачественных, так называемых "прецизионных" пленок, позволяет использовать современное скоростное оборудование по нанесению печати и изготовлению пакетов с высоким качеством шва, а также при ламинировании. Сопутствующее снижение вариации толщины пленки ведет к уменьшению расхода сырья на 2-3% и повышению рентабельность производства на 7-8%, что может оказаться решающим фактором в конкурентной борьбе.
Интересно отметить, что российская фирма АРСЕНАЛ ИНДУСТРИИ производит экструзионное оборудование, оснащенное как аксиальными, так и геликоидными втулками. Так, перед одним из крупнейших российских производителей встала проблема получения высокачественной термоусадочной пленки для упаковки пива и напитков на высокоскоростном немецком оборудовании. Применение экструдера "Арсенал 1600" с геликоидной втулкой позволило решит поставленную задачу и получить пленку с абсолютной вариацией толщины пленки 2..3%,
Еще одним прогрессивным достижением в технологии производства пленки стало появление доступных систем измерения толщины пленки непосредственно в процессе ее экструзии и устройств управления толщиной на основе полученных при замере данных. Пионерами данных технологий в середине 80-х годов выступили немецкие разработчики, обосновавшие экономическую эффективность применения управления толщиной пленки из соображений экономии сырья. Сегодня на рынке представлено несколько предприятий, выпускающих машины, уже оборудованные различными системами управления толщиной, таких известных фирм, как Octagon, K- Design, Kundig, NDC. Это ведущие мировые поставщики пленочных экструдеро, помимо ранее упоминавшихся Reifenhauser и W& H, такие, как CMG, Macro, BE, Kiefel, Macchi, Hosokava Alpine. В последние два года подобное оборудование, использующее принципы контроля толщины, начало поставляться и российским предприятием АРСЕНАЛ ИНДУСТРИИ. Так, оценив экономическое снижение затрат на высококвалифицированный труд операторов, крупнейший производитель пленки на Украине выразил намерение приобрести у российской компании несколько систем измерения толщины пленки
Стоимость систем контроля толщины пленки неоднозначна и может варьироваться от 15 до 150 тысяч Евро. К примеру, за 15 тысяч Евро можно приобрести датчик текущей толщины пленки с программой визуализации и анализа причин отклонений толщины на основе гармонического анализа. За 150 тысяч можно стать обладателем системы, снижающей примерно вдвое абсолютную вариацию толщины пленки, как в продольном, так и в поперечном направлении. Промежуточное положение по стоимости и практической пользе занимают системы, управляющие толщиной пленки только в продольном направлении.
Выбор и целесообразность установки системы на действующее оборудование требует персонального изучения в каждом отдельном случае, поскольку применение данных систем на морально устаревшем оборудовании может не всегда привести к ожидаемому улучшению качества пленки и оказаться недостаточным для достижения конкурентоспособности.
Автоматизация процесса производства и переработки пленки - еще одна объективная тенденция модернизации парка соответствующего оборудования. Линия, оснащенная дополнительными датчиками, промышленным контроллером и компьютерным интерфейсом взамен простых систем на основе термореле и полуавтоматических органов управления тепловыми режимами, приводами и исполнительными устройствами, позволяет снизить продолжительность запуска и выхода оборудования на рабочий режим, уменьшить потери сырья, избежать технологических ошибок и повысить качество конечной продукции при одновременном снижении количества обслуживающего персонала и затрат на электроэнергию. Параметры, полученные во время технологических процессов переработки многообразных видов и композиций полимерного сырья, сохраненные в памяти компьютера, позволяют оперативно и с точностью до десятых долей градуса воспроизводить необходимые температурные профили, режимы работы двигателей и другие показатели.
Современная система тепловой автоматики также осуществляет "умный запуск" оборудования. Компьютер включает разогрев наиболее массивных элементов в первую очередь, быстро разогреваемые же части подключаются позже, когда разогрев массивных частей начинает программно замедляться. Это не только позволяет контролировать пиковые нагрузки на электросеть, но и предотвращает окисление и нагарообразование полимера, дополнительно снижая, таким образом, потери сырья при запуске. Помимо этого, в автоматизированных системах предусмотрены аварийные блокировки, предотвращающие запуск непрогретых элементов, перегрузку или перегрев приводов. Очень полезны и такие функции, как, например, синхронизация работы приводов, что позволяет исключить провисание или обрыв полотна при изменении скорости движения пленки.
Информация о работе автоматизированной линии без особых сложностей может передаваться по компьютерным сетям через стандартные протоколы, например RS485, что позволяет наблюдать за работой оборудования из любой точки, оснащенной доступом в Интернет, будь то кабинет технолога за стеной или мобильный телефон в любой точке света.
Еще одна достаточно новая система, которая получает все большее распространение, выполняет функцию распознавания дефектов пленки. С помощью видеокамер и мощных программно-аппаратных средств она позволяет своевременно определить и, в конечном счете, исключить появление в продукции таких дефектов, как непроплавы, инородные включения или отверстия.
Для полноты картины следует упомянуть о тенденциях роста размеров перерабатываемых рулонов, более жестких требований к торцевому биению края и точности управления натяжением при намотке рулона,
Вполне отчетливо просматривается тенденция к снижению трудоемкости и повышению эксплуатационной технологичности линий за счет применения автоматических намотчиков, малообслуживаемых фильтров, индикаторов выхода из строя термопар и нагревателей, увеличению надежности, ремонтопригодности и взаимозаменяемости отдельных узлов, сокращению сроков поставки и стоимости запасных частей и т.д.
Происходящие в промышленности производства и переработки пленок изменения происходят также и на уровне совершенствования отдельных этапов технологических цепочек. Специалисты отмечают повышенный спрос на дополнительное оборудование. Все чаще производства оснащаются узлами активации коронным разрядом, устройствами перфорации, воздушными фильтрами, централизованными системами подачи и подготовки сырья. Особое значение имеет оснащение производств системами переработки и возвращения в технологический цикл отходов производства, для чего устанавливаются дробилки, агломераторы или грануляторы. Дооснащение производства подобными устройствами повышает его гибкость и экономические параметры.
Структурная оптимизация парка производственного оборудования может привести к росту цен на производственные мощности до 1,5 и более тысяч долларов за килограмм ежечасно производимой пленки. Однако такое увеличение капиталоемкости лежит в русле мировых тенденций и бывает оправдано, поскольку приводит к повышению рентабельности и к снижению сроков возврата вложений.
В заключение хотелось бы отметить факт, что первоначальное насыщение рынка оборудованием для производства пленок закончилось. Дальнейшие изменения в этой сфере будут менее динамичными, зато более предсказуемыми. При этом предприятиям, производящим и перерабатывающим пленку, для того, чтобы не оказаться жертвой слияний и поглощений в процессе естественной концентрации производства, следует уже сегодня всерьез задуматься о повышении конкурентоспособности.
|
Журнал "Международные новости мира пластмасс", №4 март 2006г.
|
Русский 