Jakie czynniki determinują całkowity koszt eksploatacji (TCO) mieszalnika przemysłowego w okresie 10 lat?
Całkowite koszty eksploatacji mieszalnika przemysłowego, nazywane też Total Cost of Ownership lub TCO, obejmują znacznie więcej niż cenę zakupu. Uwzględniają one wszystkie koszty od planowania, zakupu i uruchomienia, przez bieżącą eksploatację, aż po modernizację, demontaż i możliwą wartość rezydualną. Wiarygodne ujęcie TCO łączy koszty inwestycyjne z kosztami bieżącymi oraz kosztami pośrednimi wynikającymi z przestojów, strat produktu lub wymagań regulacyjnych.
Zakup i integracja
Do kosztów początkowych zalicza się cenę zakupu mieszalnika oraz koszty napędu, sterowania, czujników, urządzeń bezpieczeństwa i niezbędnej peryferii. Dochodzą do tego transport, ustawienie, montaż, instalacja elektryczna, uruchomienie i odbiór. W zależności od instalacji powstają dalsze nakłady na inżynierię, zarządzanie projektem oraz integrację z istniejącymi liniami procesowymi, sterownikami lub systemami nadrzędnymi.
Wykonania specjalne mogą zwiększać inwestycję. Należą do nich na przykład wykonania ATEX, konstrukcje odporne na ciśnienie lub próżnię, konstrukcje higieniczne, specjalne powierzchnie, szczególne systemy uszczelnień lub materiały odporne na korozję, takie jak duplex, Hastelloy czy tytan. Wyższe koszty zakupu mogą być jednak ekonomicznie uzasadnione, jeśli długoterminowo zmniejszają konserwację, straty produktu, nakład na czyszczenie lub ryzyko przestojów.
Energia i agregaty pomocnicze
Zużycie energii jest ważnym czynnikiem TCO, ale nie przy każdym zadaniu mieszania stanowi największy blok kosztów. Istotne są pobór mocy przez mieszalnik, czas mieszania, sprawność silnika i przekładni oraz stopień wykorzystania instalacji. Informacyjna jest przede wszystkim energia na wsad, na kilogram lub na tonę produktu w porównywalnych warunkach procesowych.
W instalacjach ogrzewanych, chłodzonych, pracujących pod próżnią lub inertyzowanych agregaty pomocnicze mogą stanowić znaczną część całkowitego zapotrzebowania na energię. Należą do nich systemy grzewcze i chłodzące, pompy próżniowe, kondensatory, filtry, zasilanie sprężonym powietrzem i zasilanie gazem obojętnym. Dlatego ocena powinna obejmować cały proces, a nie tylko moc elektryczną napędu mieszalnika.
Konserwacja, części zamienne i materiały eksploatacyjne
Do kosztów bieżących należą konserwacja zapobiegawcza, inspekcje, naprawy, części zamienne i zewnętrzne usługi serwisowe. Szczególnie istotnymi elementami są, zależnie od typu konstrukcji, uszczelnienia wału, łożyskowania, przekładnie, narzędzia mieszające, wykładziny, elementy wyładowcze i czujniki. Ich zużycie wpływa nie tylko na bezpośrednie koszty części zamiennych, lecz także na dostępność instalacji.
Powtarzające się koszty wynikają ponadto ze smarów, mediów zaporowych, olejów hydraulicznych, środków czyszczących, wody procesowej, elementów filtracyjnych oraz ewentualnie gazów obojętnych. Przy produktach ściernych, korozyjnych, toksycznych lub wysokiej czystości pozycje te mogą mieć szczególnie duże znaczenie. Condition monitoring może pomóc w bardziej ukierunkowanym nadzorowaniu krytycznych elementów i lepszym planowaniu konserwacji. Nie zastępuje on jednak regularnej inspekcji i fachowej oceny.
Czyszczenie, zmiana produktu i straty produktu
Czyszczenie i przezbrojenie są przy instalacjach wieloproduktowych często ważnym czynnikiem kosztotwórczym. Zwłaszcza w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i chemii specjalistycznej czyszczenie na sucho, czyszczenie na mokro, CIP, WIP, suszenie, analityka zwalniająca i dokumentacja mogą powodować znaczny nakład czasu i zasobów.
Dobra czyszczalność, geometrie bez stref martwych, odpowiednie powierzchnie oraz daleko idące opróżnianie resztkowe zmniejszają straty produktu i skracają czasy przezbrojenia. Korzyść ekonomiczna jest szczególnie duża przy drogich surowcach, małych wsadach, częstych zmianach receptury lub wysokich wymaganiach dotyczących unikania zanieczyszczenia krzyżowego.
Koszty przestojów i dostępność instalacji
Nieplanowane przestoje powodują często wysokie koszty pośrednie. Oprócz naprawy powstają przestój produkcji, czasy oczekiwania personelu, opóźnienia dostaw, straty wsadów oraz ewentualnie poprawki. Wysokość tych kosztów zależy od pozycji mieszalnika w łańcuchu procesowym. Jeśli mieszalnik stanowi wąskie gardło lub jest częścią instalacji pracującej w sposób ciągły, już krótka awaria może mieć poważne konsekwencje.
Do oceny pomocne są wskaźniki, takie jak średni czas między awariami i średni czas naprawy. Decydujące jest również to, jak szybko dostępne są części zamienne, czy personel serwisowy może zostać zaangażowany na krótki termin oraz czy zakład dysponuje wystarczającymi zaplanowanymi oknami serwisowymi. Wysoka niezawodność procesu i powtarzalna jakość mieszania zmniejszają ryzyko braków, poprawek i strat surowców.
Personel, szkolenia i organizacja
Do TCO należą również koszty obsługi, czyszczenia, szkoleń, wewnętrznej konserwacji i zewnętrznych usługodawców. Złożone instalacje z wieloma czynnościami manualnymi, częstymi przezbrojeniami lub wysokimi wymaganiami dokumentacyjnymi powodują większy nakład personalny. Automatyzacja, przejrzyste koncepcje obsługi i dobrze dostępne komponenty mogą ten nakład zmniejszyć.
Zgodność z przepisami, kwalifikacja i dokumentacja
W branżach regulowanych powstają dodatkowe koszty dokumentacji technicznej, kwalifikacji, walidacji, kalibracji, powtarzających się przeglądów i audytów. W zależności od branży istotne mogą być wymagania GMP, ATEX, prawa dotyczącego urządzeń ciśnieniowych, budowy maszyn, przepisów higienicznych lub systemów jakości specyficznych dla klienta.
Również zmiany oprogramowania sterującego, zarządzania recepturami lub rejestracji danych mogą wymagać udokumentowanego procesu Change Control. Nakłady te powinny być uwzględnione już przy zakupie, zwłaszcza gdy instalacja jest eksploatowana w środowisku zwalidowanym lub krytycznym dla bezpieczeństwa.
Modernizacja, demontaż i wartość rezydualna
W okresie dziesięciu lat mogą okazać się konieczne modernizacje. Typowymi przykładami są aktualizacje sterowania, dostosowania do nowych wymagań bezpieczeństwa, wymiana niedostępnych już komponentów, przebudowy pod nowe produkty lub doposażenie w automatyzację. Modułowo zbudowana i dobrze udokumentowana instalacja ułatwia takie dostosowania.
Pod koniec okresu użytkowania mogą powstać koszty demontażu, dekontaminacji, czyszczenia i utylizacji. Naprzeciw nich stoją możliwe wartości rezydualne wynikające z odsprzedaży, ponownego wykorzystania komponentów lub wartości materiałowej stali wysokostopowych.
Wiarygodne obliczenie TCO powinno porównywać kilka scenariuszy. Należą do nich różne stopnie wykorzystania, ceny energii, interwały konserwacji, ryzyka przestojów, wartości produktu i założenia dotyczące wartości rezydualnej. Cena zakupu jest przy tym tylko jedną pozycją. Ekonomicznie najlepszą instalacją mieszającą jest często ta, która przez cały okres użytkowania zapewnia wysoką dostępność, niskie straty produktu, krótkie czasy przezbrojenia i planowalne koszty utrzymania ruchu.
Tak amixon® ocenia efektywność energetyczną, TCO i amortyzację mieszalnika przemysłowego
Opłacalność mieszalnika przemysłowego nie rozstrzyga się wyłącznie przy cenie zakupu. Decydujące są koszty i straty w całym planowanym okresie użytkowania. Należą do nich inwestycja i integracja, energia, straty produktu, czasy czyszczenia i przezbrojenia, konserwacja, części zamienne, ryzyko przestojów, nakład personalny, zapewnienie jakości oraz możliwe modernizacje.
amixon® postrzega dlatego całkowity koszt posiadania jako współdziałanie wydajności procesu, dostępności instalacji i długoterminowej użyteczności. W centrum uwagi znajdują się w szczególności czynniki, na które można wpływać konstrukcyjnie i procesowo: wprowadzanie energii dostosowane do produktu, krótkie czasy mieszania i wyładunku, daleko idące opróżnianie resztkowe, dobra czyszczalność, niskie wskaźniki zużycia oraz długoterminowa dostępność części zamiennych.
Ekonomicznie najlepsze rozwiązanie niekoniecznie jest instalacją o najniższej cenie zakupu lub najmniejszej zainstalowanej mocy silnika. Decydujące jest to, czy instalacja mieszająca pracuje przez wiele lat w sposób powtarzalny, ogranicza straty produktu, umożliwia krótkie czasy przezbrojenia i zapewnia planowalne koszty eksploatacji i utrzymania ruchu.
Zużycie energii dostosowane do zadania mieszania
Ogólne dane dotyczące zużycia energii na tonę produktu mają przy mieszalnikach przemysłowych tylko ograniczoną wartość informacyjną. Rzeczywiste zapotrzebowanie na energię zależy od receptury, wielkości wsadu, stopnia napełnienia, czasu mieszania, właściwości produktu, temperatury, lepkości i wymaganego wprowadzania energii.
Mieszalniki amixon® pracują, zależnie od typu konstrukcji i zadania mieszania, z niskimi prędkościami obwodowymi. Niskoobrotowy sposób pracy może zmniejszać tarcie, obciążenie udarowe i obciążenia dynamiczne. Przy wrażliwych lub swobodnie płynących proszkach wielkoobszarowe przemieszczanie produktu może osiągnąć wymaganą jakość mieszania przy stosunkowo niskim wprowadzaniu energii.
Nie chodzi przy tym o możliwie najniższą moc, lecz o wprowadzanie mocy dopasowane do zadania mieszania. Zbyt mało energii może prowadzić do niewystarczającej jednorodności. Zbyt dużo energii może uszkadzać cząstki, podnosić temperaturę produktu i niepotrzebnie zwiększać zużycie energii. Zadanie mieszania powinno być zatem spełniane w sposób powtarzalny przy najniższym technicznie sensownym wprowadzaniu energii.
Silos mieszający Gyraton® GM jest zaprojektowany do wielkoobjętościowych wsadów do około 100 metrów sześciennych. Jego zasada mieszania umożliwia homogenizację dużych ilości produktu przy stosunkowo niskiej zainstalowanej mocy napędu. Dzięki temu zapotrzebowanie na energię na wsad może być ograniczone zwłaszcza przy dużych, swobodnie płynących ilościach materiału sypkiego. Rzeczywiste jednostkowe zużycie energii jest oceniane z konkretnym produktem, przewidzianym stopniem napełnienia i wymaganym czasem mieszania.
Straty produktu, opróżnianie resztkowe i czasy przezbrojenia
Przy wysokowartościowych surowcach, małych wsadach lub częstych zmianach receptury straty produktu i czasy czyszczenia są często istotnymi czynnikami TCO. Każda pozostałość w mieszalniku powoduje nie tylko bezpośrednią utratę wartości. Może ona również wydłużać czyszczenie, utrudniać zwolnienie kolejnego wsadu i zwiększać ryzyko zanieczyszczeń krzyżowych.
Serie amixon® AM i KS są zaprojektowane pod daleko idące opróżnianie resztkowe. Narzędzia wyładowcze ComDisc® wspierają opróżnianie pozostałości produktu z komory mieszania. Konkretnie osiągalny stopień opróżnienia zależy jednak zawsze od produktu. Wilgotność, kształt cząstek, kohezja, gęstość nasypowa, ścieralność i skłonność do przywierania wyraźnie wpływają na ilość pozostałości.
Daleko idące opróżnianie resztkowe może być szczególnie istotne ekonomicznie przy wysokowartościowych proszkach, substancjach czynnych, dodatkach lub recepturach o małych wsadach. Konkretną zdolność do opróżniania należy ocenić z produktem oryginalnym w ramach próby.
Komory mieszania bez stref martwych, elementy wyładowcze dostosowane do produktu oraz dobra dostępność powierzchni mających kontakt z produktem upraszczają czyszczenie na sucho lub na mokro. Dzięki temu można skrócić czasy przezbrojenia i zwiększyć produktywnie wykorzystywany czas pracy instalacji. Może to pozytywnie wpłynąć na OEE, wydajność, nakład personalny i ogólną opłacalność.
Konserwacja, dostępność i okres użytkowania
Technika mieszania amixon® jest zaprojektowana pod solidne konstrukcje, niskie obciążenia dynamiczne oraz dobrą dostępność do inspekcji i czyszczenia. Mieszadło łożyskowane jest wyłącznie od góry. Dolny przepust wału mający kontakt z produktem może dzięki temu zostać wyeliminowany. Zmniejsza to potencjalnie wymagający intensywnej konserwacji obszar wewnątrz komory mieszania.
Połączenie niskoobrotowego sposobu pracy, konstrukcji o niskim zużyciu i długoterminowo dostępnej dokumentacji konstrukcyjnej może zmniejszać nakład na konserwację i ryzyka związane z częściami zamiennymi. Wybrane części zużywające się mogą być dostarczane już przy pierwszej dostawie. Celowe magazynowanie krytycznych komponentów pomaga ograniczać nieplanowane przestoje.
Przy modernizacjach, przebudowach lub zapotrzebowaniu na części zamienne konstrukcja, produkcja i serwis amixon® wspierają długoterminowe użytkowanie instalacji. Własne prawo do rysunków i produkcji ułatwia identyfikację elementów oraz ocenę, a w razie potrzeby ponowną produkcję poszczególnych komponentów.
Wiarygodne dane zamiast ogólnych wartości katalogowych
Ekonomiczna ocena instalacji mieszającej powinna opierać się na zmierzonych danych procesowych. W centrum prób amixon® zadania mieszania są badane z produktem oryginalnym. Przy tym mogą być oceniane czas mieszania, pobór energii, zdolność do opróżniania, łagodność wobec produktu, nakład na czyszczenie, czasy przezbrojenia i powtarzalność.
W centrum prób amixon® w Paderborn dostępnych jest ponad 30 instalacji próbnych w różnych wielkościach konstrukcyjnych. Dodatkowo istnieją centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Próby przeprowadzane są przy realistycznych stopniach napełnienia, wielkościach wsadu oraz przewidzianych warunkach temperatury i ciśnienia.
Wyniki są dokumentowane i stanowią podstawę doboru wielkości konstrukcyjnej, ustalenia parametrów procesowych i obliczenia opłacalności. Przeniesienie na docelową wielkość konstrukcyjną odbywa się na podstawie danego zadania mieszania i powinno być dla procesów krytycznych zabezpieczone odpowiednimi próbami.
TCO jako proces całościowy
amixon® nie ocenia efektywności energetycznej w oderwaniu, jako samego zużycia prądu przez napęd. Decydujący jest cały proces obejmujący czas mieszania, wprowadzanie energii, straty produktu, opróżnianie resztkowe, czyszczenie, konserwację, zaopatrzenie w części zamienne, dostępność instalacji i długoterminową użyteczność.
Instalacja mieszająca amixon® może w pełni wykorzystać swoje zalety ekonomiczne zwłaszcza wtedy, gdy przetwarzane są wysokowartościowe produkty, zmiany produktu następują często, pozostałości są krytyczne lub oczekuje się długich okresów użytkowania. Podstawą wiarygodnego obliczenia TCO, ROI i amortyzacji są przy tym nie ogólne wartości katalogowe, lecz udokumentowane dane z prób z produktem oryginalnym i realistycznymi warunkami procesowymi.