Стоимость СОЖ

Стоимость закупаемых СОЖ не так важна, как стоимость всего процесса охлаждения в общем (что составляет около 12% от стоимости выпускаемой продукции (крупносерийное производство с использованием централизованных циркуляционных систем). Стоимость же самих СОЖ составляет около 1% от стоимости продукции. Пионерами в оценке стоимости СОЖ были Fuchs Petrolab AG , Diamler—Chryslerи К. Вайнерт.

1. Стоимость применения СОЖ

Стоимость применения СОЖ включает в себя стоимость охлаждения на всем оборудовании, инвестиции, стоимость самих охлаждающих жидкостей, их приготовления и утилизации, энергозатраты, стоимость поддержания СОЖ в рабочем состоянии и вспомогательные затраты. Однако для оценки стоимости системы охлаждения надо также принимать во внимание стоимость оборудования, пуско-наладочные работы, затраты на смену СОЖ, степень утилизации, безопасность работ с СОЖ и качество готовой продукции.

1.1. Капиталовложения (амортизация, финансирование, расходы на текущее обслуживание)

Около 60% от капиталовложений составляют расходы, связанные с использованием СОЖ при серийном производстве с централизованной циркуляционной системой. Сюда входят стоимость резервуаров, насосов, трубопроводов, оборудования для фильтрации СОЖ, расходы на подачу СОЖ непосредственно на станки, очистка твердых отходов от масла, оборудование для отделения и экстрагирования смазочных материалов. Также могут учитываться затраты на амортизацию, разрушение и утилизацию отработанных жидкостей, а также расходы на текущее обслуживание. Так как приготовление и утилизация СОЖ часто осуществляются третьей стороной, при анализе целесообразно учитывать их полную стоимость.

1.2. Энергозатраты
Включают в себя стоимость вышеуказанного оборудования и освещения.

1.3. Стоимость СОЖ и добавок к ним
Складываются из закупочной стоимости самих СОЖ, присадок и воды.

1.4. Контроль качества СОЖ
Сюда входят стоимость анализов и лабораторных испытаний для определения качества СОЖ.

1.5. Прочие расходы
Включают в себя расходы на фильтрующие материалы.

1.6. Стоимость разрушения эмульсий и утилизации СОЖ
Складывается из затрат на разрушения СОЖ на водной основе и утилизации масляной и водяной фаз.

2. Стоимость применения СОЖ в постоянных системах

Приведенный анализ относится к СОЖ на водной основе, используемым в стандартных системах. Для снижения стоимости использования СОЖ в циркуляционных системах необходим тщательный выбор жидкости с учетом всех условий.

2.1. Стоимость специальных СОЖ

Необходимо введение некоторых терминов с целью упростить дальнейшее рассмотрение вопросов стоимости.

Фактор циркуляции, f
Этот фактор показывает общий объем СОЖ (независимо от типа системы), который проходит через насос за 1 ч. Например, одинаковое число станков может обеспечиваться небольшим объемом СОЖ, в этом случае фактор циркуляции будет высок, а если объем используемых СОЖ высок, то фактор циркуляции низок. Очевидно, СОЖ в системе с высоким фактором циркуляции испытывают большие нагрузки, и потери по отношению к объему велики.
     Потребность станков металлообработки в СОЖ обычно измеряется в л/мин. Если фактор циркуляции определяется для потока, подаваемого к станку, и не учитываются никакие другие факторы, то применяется следующая формула расчета:

 

f = 006B/V(1/ч) ,


где В — общий объем системы; V — объем СОЖ, используемый в станке металлообработки л/мин.

Коэффициент смены СОЖ, α
Под коэффициентом смены СОЖ понимают количество замен всего объема СОЖ в течение месяца. Если этот коэффициент равен 1, то это значит, что весь объем СОЖ в системе слит и заменен на новый один раз в месяц; если α = 4, то замену производят каждую неделю, при α = 0,25 замену производят раз в четыре месяца.
На рис. 1 показана наиболее важная рабочая зона циркуляционной системы СОЖ с точки зрения коэффициента смены СОЖ и фактора циркуляции.
     Потери СОЖ имеют место, с одной стороны, в результате загрязнений, а с другой — из-за конфигураций станков (например, кривошипы, трансмиссии). Высокая стоимость образуется из стоимости самой СОЖ и стоимости утилизации при высоком коэффициенте смены (α).
     В случае низкого коэффициента смены СОЖ стоимость снижается, однако затраты на обслуживание увеличиваются в соответствии с увеличением содержания вредных веществ. В системе с высоким коэффициентом смены замена жидкости происходит многократно, и вследствие этого вредных веществ в ней мало. В этом случае вредными примесями являются смазочные материалы, попадающие в СОЖ

Наиболее важная рабочая зона циркуляционной системы СОЖ с точки зрения
коэффициента смены СОЖ и фактора циркуляции

в результате протечек, антикоррозионные компоненты, вводимые средства для очистки, соли, вводимые при термической обработке, компоненты, которые не могут быть удалены фильтрацией, микроорганизмы. Использование СОЖ с низким коэффициентом смены, естественно, стоит дороже. На рис. 2 изображена зависимость стоимости обслуживания СОЖ от коэффициента смены СОЖ.

Зависимость стоимости обслуживания СОЖ  от коэффициента смены СОЖ

Приведенная кривая показывает средние значения, полученные при исследовании применения СОЖ в металлообработке в течение нескольких лет. Самым простым способом расчета стоимости системы СОЖ любого типа является расчет относительно 1 м3 системы, в качестве периода расчета рассматривается 1 год. Стоимость выражается как стоимостная единица (КЕ) за 1 м3 в год. Стоимость (К) может быть представлена в виде трех групп стоимости:
     k1 — стоимость смены СОЖ;
     k2— стоимость потерь;
     k3 — стоимость поддержания рабочих параметров СОЖ.
 

K=k1+k2+k3,


     k1 — стоимость смены СОЖ — включает в себя: во-первых, стоимость получения СОЖ (например, смешением концентрата СОЖ и воды), а во-вторых, стоимость утилизации отработанной СОЖ. Следует учитывать также стоимость работ, связанных со сливом СОЖ из системы, и работ по следующему заполнению системы (трудозатраты; возможно, затраты на привлекаемое оборудование; энергозатраты). Если работа по очистке выполняется применительно к СОЖ только при необходимости замены, то стоимость этой работы также включается в k1. Также в k1может входить и стоимость простоя металлообрабатывающего оборудования, если смена СОЖ требует прервать технологический процесс. Поэтому, чтобы не увеличивать k1 смену СОЖ обычно производят во время плановых остановок производства.
     k2 — стоимость СОЖ, теряемых при сливе. В них также входят потери при очистке СОЖ и при чистке металлообрабатывающего оборудования моющими средствами. Таким образом, в k2 должна учитываться и стоимость очистки и утилизации той части потерь СОЖ, которая приходится на СОЖ, унесенные со сточной водой.
     k3 — стоимость обслуживания, поддержания рабочих параметров СОЖ и контроля качества СОЖ. В нее входит стоимость антибактериальной и щелочной обработки резервуаров, стоимость лабораторных анализов качества СОЖ и микробиологических тестов.
     Эти значения могут быть рассчитаны по следующим формулам:
     Стоимость смены СОЖ k1, КЕ3 год:
 

k1=w(10cP+E+N+WA),

Стоимость СОЖ, теряемых при сливе, k2, КЕ3 год:

 

k2=12α(10cP+E+WA),

     Стоимость поддержания рабочих параметров СОЖ k3, КЕ3 год:
Стоимость поддержания рабочих параметров СОЖ и контроля качества СОЖ для каждого конкретного случая определяется индивидуально. Общая стоимость 1 м3 СОЖ, используемой за 1 год для централизованной циркуляционной системы, определяется по формуле:

 

K=(12α+w)x(10cP+E+WA)+wN+k3.


В этих уравнениях КЕ — стоимостная единица; Р — цена СОЖ в КЕ3;  WA — цена воды в КЕ3,  Е — стоимость утилизации в КЕ3, рабочие часы на процесс смены СОЖ с учетом возможного простоя металлообрабатывающего оборудования в КЕ3;  α — коэффициент, учитывающий количество смен в месяц;  с — концентрация СОЖ, %;  w — количество смен СОЖ за год.
     С помощью этих уравнений можно определить стоимость СОЖ для различных систем. Стоимость замены и слива СОЖ берутся по рабочим журналам на производстве. Стоимость трудозатрат находится в широком диапазоне. Значения К, k1 k2, k3 могут быть представлены графически как зависимость от частоты смены СОЖ (w), как показано на рис. 3.

 

Зависимость стоимости СОЖ  от числа замен для централизованной  циркуляционной системы (основано на наблюдениях  за большой центральной системой)

k3 не имеет точных формул расчета и для каждого конкретного случая определяется индивидуально. Обычно стоимость поддержания рабочих параметров и контроля качества СОЖ увеличивается пропорционально сроку службы СОЖ.
На рис. 3 приведены исследования для централизованной циркуляционной системы, которые отражают работу в течение нескольких лет. Использование вышеприведенных расчетов позволяет определить оптимальные параметры для минимизации общей стоимости СОЖ.

2.2. Компьютерная оптимизация использования СОЖ

Для оптимизации стоимости СОЖ могут быть использованы компьютерные программы. С их помощью легко подобрать СОЖ, отвечающие условиям работы конкретной охлаждающей системы. Различные составляющие общей стоимости СОЖ, а именно затраты на обслуживание системы, стоимость, концентрация и срок службы СОЖ рассматриваются как переменные и обозначаются U, К, X и Z соответственно:

 

К = (48С/B + 48/XD) + (10VFZS + Q + R) + 48(L + М + O)/XDB + 12U(G+ Н + J)/В,



где B — объем циркулирующей СОЖ, м3С — слив СОЖ, м3/неделя;  D — срок служб СОЖ, неделя;  F — концентрация СОЖ, %; стоимость поддержания рабочих параметров и контроля качества СОЖ, евро/месяц;  G — биоциды;  Н — очистка резервуаров;  J — трудозатраты;  смена СОЖ, евро/одна замена:L — трудозатраты;  М — химикаты; O — стоимость простоя металлообрабатывающего оборудования;  Q— стоимость утилизации, евро/м3;  R — стоимость воды, евро/м3;  S — стоимость СОЖ, евро/кг.
Данная формула определена на основании практических результатов.
Уравнение общей стоимости удобно для проведения компьютеризованных расчетов. Значения U, У, Х и Z рекомендованы как 10, 20 или 30. На практике обычно принимается 20.
     Расчет стоимости дает ответы на следующие вопросы:
     • Как общая стоимость использования СОЖ зависит от цены безводной СОЖ (например, если цена на 30% выше или ниже обычной или составляет половину цены, то Z в матрице принимает значение 1,3,  0,7  или 0,5)?
     • Как общая стоимость изменяется относительно срока службы, концентрации и стоимости поддержания рабочих параметров и контроля качества СОЖ?
Проблемы возникают и при выборе оптимальной СОЖ. При замене СОЖ на новый тип, который дороже на 50% (Z= 1,5), расходы на обслуживание системы составляют только половину от суммы, заявленной производителями или определяемой на производстве (U = 0,5), срок службы увеличивается вдвое (Х= 2,0), но при этом концентрация снижается на 30% (К= 0,7), что может отрицательно влиять на коррозионную защищенность оборудования и условия металлообработки. Можно создать компьютерные программы, с помощью которых удастся подобрать оптимальную общую стоимость СОЖ с учетом требований системы охлаждения.
     При изучении составляющих общей цены СОЖ необходимо учитывать объем потерь, если это не входит в общую формулу расчета. Ценовой анализ большого числа различных охлаждающих систем показывает, что общая стоимость для индивидуальных станков или циркуляционных систем малого (не более 3 м3) объема значительно (в 5—20 раз) превышает аналогичную стоимость для больших (свыше 50 м3) централизованных циркуляционных систем. Это также может быть проиллюстрировано тем, что жидкость, цена которой находится в верхних значениях ценового диапазона (обычно втрое больше, чем нижние пределы), с высокой стабильностью и низкими требованиями к поддержанию рабочих параметров и контролю качества в системах малого объема и на индивидуальных станках, в которых потери СОЖ малы, будет обладать меньшей общей стоимостью, нежели более дешевые и менее стабильные продукты. С другой стороны, это также демонстрирует, что в системах среднего и большого объема с высокими потерями СОЖ оптимальной общей стоимостью обладают дешевые СОЖ.



Роман Маслов.
По материалам зарубежных изданий.