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:

 

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

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.

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.
 

     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, КЕ/м³ год:
 

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:

 

где B — объем циркулирующей СОЖ, м³;  С — 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.