造紙行業(yè)的生產(chǎn)過程伴隨著高溫、高濕度和漿料污染等復(fù)雜環(huán)境，從制漿的蒸煮冷卻，到抄紙的網(wǎng)部降溫，再到涂布的干燥定型，每一個(gè)環(huán)節(jié)的溫度管理都直接影響紙張的物理強(qiáng)度、平滑度和生產(chǎn)效率。冷水機(jī)作為關(guān)鍵溫控設(shè)備，需在漿料纖維濃度高、環(huán)境濕度≥85% 的工況下，提供穩(wěn)定的冷卻能力（控溫精度 ±1℃），同時(shí)具備防堵塞、耐腐蝕和連續(xù)運(yùn)行的特性。造紙用冷水機(jī)的選型與運(yùn)行，是平衡紙張品質(zhì)、生產(chǎn)效率與設(shè)備維護(hù)成本的核心環(huán)節(jié)，更是推動(dòng)造紙行業(yè)向高品質(zhì)、低能耗發(fā)展的重要支撐。
一、造紙行業(yè)對(duì)冷水機(jī)的核心要求
（一）精準(zhǔn)溫控與紙張品質(zhì)保障
紙張的物理性能對(duì)溫度變化極為敏感：
? 紙機(jī)網(wǎng)部的成形輥需維持 35±1℃，溫度波動(dòng)超過 ±2℃會(huì)導(dǎo)致紙張定量偏差（≥2g/m2），影響厚度均勻性；
? 涂布機(jī)的干燥箱需分段控溫（80-150℃），冷卻段水溫需穩(wěn)定在 25±1℃，溫差過大會(huì)導(dǎo)致紙張卷曲（曲率半徑≥50cm）；
? 制漿蒸煮后的漿料需冷卻至 60±2℃，降溫速率不足會(huì)導(dǎo)致纖維降解（裂斷長(zhǎng)下降≥0.5km），影響紙張強(qiáng)度。
某造紙廠因冷水機(jī)溫控波動(dòng)（±2.5℃），導(dǎo)致一批次文化紙平滑度偏差超標(biāo)，降等率達(dá) 12%，直接損失超 100 萬元。
（二）防堵塞與漿料污染控制
造紙生產(chǎn)的纖維雜質(zhì)對(duì)設(shè)備流通性構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：
? 制漿車間的冷卻系統(tǒng)會(huì)混入紙漿纖維（長(zhǎng)度 0.5-3mm）和細(xì)小填料（如碳酸鈣、滑石粉），每周在換熱器表面形成 2-5mm 厚的垢層，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降 20%-30%；
? 抄紙網(wǎng)部的冷卻水含有白水（固含量 5%-10%），長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)壁結(jié)垢（熱阻增加 40%）；
? 涂布車間的冷卻水中含有涂料顆粒（粒徑 1-5μm），易堵塞細(xì)小流道（如涂布輥冷卻孔直徑 3-5mm）。
某紙板廠因冷卻管道被纖維堵塞，導(dǎo)致壓榨輥溫度過高，紙板水分偏差超 3%，客戶退貨損失達(dá) 80 萬元。
（三）高濕度環(huán)境適應(yīng)性與可靠性
造紙車間的高濕特性對(duì)設(shè)備提出特殊要求：
? 冷水機(jī)電氣系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)需達(dá)到 IP54 以上，能在濕度 85%-95% 環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行（無凝露短路風(fēng)險(xiǎn)）；
? 需支持 365 天連續(xù)運(yùn)行（MTBF≥10000 小時(shí)），平均維修時(shí)間≤1 小時(shí)，避免生產(chǎn)線停線（損失≥2 萬元 / 小時(shí)）；
? 與漿料接觸的部件需采用 316L 不銹鋼或鈦合金（耐酸堿腐蝕），密封件選用耐油橡膠（如丁腈橡膠 NBR）。
二、不同造紙工藝的定制化冷卻方案
（一）制漿工藝：蒸煮與漂白冷卻
1. 蒸煮鍋冷卻系統(tǒng)
某制漿廠采用該方案后，漿料裂斷長(zhǎng)從 3.5km 提升至 4.2km，纖維強(qiáng)度顯著改善。
? 核心挑戰(zhàn)：化學(xué)制漿的蒸煮鍋（溫度 160-180℃，壓力 0.6-0.8MPa）放料后需快速冷卻，漿料溫度需從 170℃降至 60±2℃，冷卻不足會(huì)導(dǎo)致纖維過度降解。
? 定制方案：
? 采用高壓螺桿冷水機(jī)（制冷量 500-2000kW），供水壓力 1.0-1.5MPa，為蒸煮鍋夾套和放料管冷卻器供水，水溫控制在 25±1℃；
? 采用雙級(jí)冷卻工藝（先閃蒸降溫至 100℃，再水冷至 60℃），總冷卻時(shí)間控制在 30 分鐘以內(nèi)；
? 系統(tǒng)配備自動(dòng)反沖洗過濾器（精度 200μm）+ 磁性分離器，攔截金屬雜質(zhì)和粗纖維。
1. 漂白塔冷卻
? 核心挑戰(zhàn)：紙漿漂白（采用氯氣、氧氣等漂白劑）時(shí)需控制反應(yīng)溫度（70-90℃），冷卻不足會(huì)導(dǎo)致漂白過度（白度偏差≥2% ISO），影響紙張色澤。
? 定制方案：
? 采用耐腐蝕冷水機(jī)（鈦合金換熱器），制冷量 200-800kW，為漂白塔夾套供水，水溫控制在 20±1℃；
? 冷卻水路采用 316L 不銹鋼管道（耐漂白劑腐蝕），密封件為氟橡膠（FKM）；
? 與漂白控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，根據(jù)漿料卡伯值自動(dòng)調(diào)整冷卻水量（卡伯值高時(shí)增加冷量）。
（二）抄紙工藝：網(wǎng)部與壓榨冷卻
1. 紙機(jī)網(wǎng)部冷卻系統(tǒng)
? 需求：紙機(jī)網(wǎng)部的成形輥、真空輥在高速運(yùn)行時(shí)（車速 600-1200m/min）摩擦生熱，溫度升至 50℃，需冷卻至 35±1℃，高溫會(huì)導(dǎo)致紙張脫水不良（水分超標(biāo)≥2%）。
? 方案：
? 采用水冷式螺桿冷水機(jī)（制冷量 300-1500kW），為網(wǎng)部輥筒供水，水溫控制精度 ±0.5℃；
? 輥筒內(nèi)部流道采用螺旋設(shè)計(jì)（增加換熱面積 30%），水流速≥1.5m/s，確保輥面溫差≤1℃；
? 系統(tǒng)配備白水過濾器（分離效率≥95%），將冷卻水中的纖維含量控制在≤0.5%。
1. 壓榨部冷卻
? 需求：壓榨輥（線壓力 100-300kN/m）在擠壓脫水時(shí)溫度升至 60℃，需冷卻至 40±1℃，高溫會(huì)導(dǎo)致輥面膠層老化（壽命縮短 50%）。
? 方案：
? 采用變頻螺桿冷水機(jī)（制冷量 200-1000kW），為壓榨輥內(nèi)部水路供水，控溫精度 ±0.5℃；
? 冷卻水路采用雙進(jìn)雙出設(shè)計(jì)，確保輥面溫度均勻（軸向溫差≤1℃）；
? 與壓榨部 PLC 聯(lián)動(dòng)，根據(jù)車速和紙種自動(dòng)調(diào)整冷卻水量（高速、厚紙?jiān)黾?20% 冷量）。
（三）加工工藝：涂布與干燥冷卻
1. 涂布機(jī)冷卻系統(tǒng)
某涂布紙廠采用該方案后，涂布量偏差從 3g/m2 降至 1g/m2，印刷適性顯著提升。
? 核心挑戰(zhàn)：涂布機(jī)的涂布輥和計(jì)量輥需維持 30±1℃，溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致涂料粘度變化（偏差≥50mPa?s），影響涂布量均勻性（偏差≥2g/m2）。
? 定制方案：
? 采用精密螺桿冷水機(jī)（制冷量 100-500kW），為涂布輥夾套供水，水溫控制精度 ±0.3℃；
? 冷卻水路配備涂料過濾器（精度 50μm），攔截涂料顆粒（每周更換濾袋）；
? 系統(tǒng)響應(yīng)速度快（≤1 秒），與涂布量閉環(huán)控制，偏差超 1g/m2 時(shí)自動(dòng)調(diào)整輥溫。
1. 干燥冷卻段
? 需求：紙張經(jīng)干燥箱（溫度 100-150℃）干燥后需冷卻至 40℃以下，冷卻不足會(huì)導(dǎo)致紙張熱收縮（尺寸穩(wěn)定性偏差≥1%）。
? 方案：
? 采用水冷式冷水機(jī)（制冷量 500-2000kW），為冷卻輥和冷風(fēng)機(jī)供水，水溫控制在 20±1℃；
? 冷卻段采用 “冷水輥 + 冷風(fēng)” 復(fù)合冷卻，確保紙張降溫速率≥3℃/m（根據(jù)車速調(diào)整）；
? 冷卻輥表面鍍鉻（硬度≥HRC55），減少紙張粘連（斷紙率下降 30%）。
三、運(yùn)行管理與維護(hù)策略
（一）防堵塞與漿料過濾管理
1. 過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)
? 一級(jí)過濾：總進(jìn)水口安裝自清潔過濾器（精度 200μm），帶刮刀式自動(dòng)清理裝置（反沖洗周期≤4 小時(shí)）；
? 二級(jí)過濾：關(guān)鍵設(shè)備前加裝籃式過濾器（精度 100μm），每班清理 1 次濾渣（纖維和填料）；
? 末端過濾：精密冷卻部件（如涂布輥）前安裝袋式過濾器（精度 50μm），每日更換濾袋。
1. 清潔與維護(hù)方案
? 日常清潔：每日檢查過濾器壓差（≤0.1MPa），清理表面纖維堆積；
? 定期清洗：每周用高壓水沖洗換熱器（壓力 10-15MPa），去除纖維垢層；
? 化學(xué)清洗：每月對(duì)制漿、抄紙冷卻系統(tǒng)進(jìn)行酸洗（檸檬酸 + 緩蝕劑），每季度進(jìn)行堿洗（去除有機(jī)垢）。
某造紙廠通過完善過濾系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)堵塞故障從每周 4 次降至每月 1 次，設(shè)備維護(hù)成本降低 60%。
（二）高濕度防護(hù)與能效優(yōu)化
1. 設(shè)備防護(hù)措施
? 電氣防護(hù)：冷水機(jī)控制柜加裝除濕機(jī)（濕度≤60%）和加熱裝置（防止凝露），電纜采用防水型（IP68）；
? 防腐處理：設(shè)備外表面噴涂環(huán)氧底漆 + 聚氨酯面漆（干膜厚度≥150μm），金屬管路采用 316L 不銹鋼（制漿、涂布區(qū)）；
? 通風(fēng)散熱：設(shè)備安裝在通風(fēng)良好的車間角落，冷凝器周圍預(yù)留≥2m 空間，確保散熱效率。
1. 節(jié)能運(yùn)行策略
? 變頻控制：根據(jù)紙機(jī)車速、產(chǎn)量自動(dòng)調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（30-50Hz），部分負(fù)荷時(shí)節(jié)能 30%-40%；
? 余熱回收：利用干燥箱排氣余熱（80-120℃）加熱車間供暖或預(yù)熱清水，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 1000 噸；
? 某造紙廠應(yīng)用后，冷水機(jī)年耗電量下降 120 萬度，余熱回收年節(jié)約能源成本 90 萬元。
（三）安全保障與應(yīng)急處理
1. 設(shè)備安全管理
? 電氣安全：設(shè)備接地電阻≤4Ω，漏電保護(hù)動(dòng)作電流≤30mA，每年進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試（≥1MΩ）；
? 機(jī)械防護(hù)：旋轉(zhuǎn)部件加裝防護(hù)罩，高溫管道采用硅酸鋁保溫層（表面溫度≤50℃）；
? 水質(zhì)監(jiān)測(cè)：每周檢測(cè)冷卻水電導(dǎo)率（≤800μS/cm）、pH 值（7.0-8.5），避免腐蝕和結(jié)垢。
1. 應(yīng)急處理預(yù)案
? 冷卻中斷：立即啟動(dòng)備用冷水機(jī)（切換時(shí)間≤30 秒），同時(shí)降低紙機(jī)車速（降至 70%），減少熱負(fù)荷；
? 纖維堵塞：采用壓縮空氣反向吹掃過濾器（壓力 0.6MPa），臨時(shí)恢復(fù)流量，待停機(jī)后徹底清理；
? 泄漏處理：制漿區(qū)泄漏時(shí)用木屑吸附漿料，涂布區(qū)泄漏時(shí)用專用吸附劑處理涂料（防止污染）。
四、典型案例：大型造紙廠冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（一）項(xiàng)目背景
某大型造紙廠（年產(chǎn)文化紙 50 萬噸、涂布紙 30 萬噸）需建設(shè)集中冷卻系統(tǒng)，服務(wù)于 2 臺(tái)制漿蒸煮鍋、4 臺(tái)高速紙機(jī)（車速 1200m/min）、3 臺(tái)涂布機(jī)，要求系統(tǒng)總制冷量 10000kW，單位產(chǎn)品冷卻能耗≤0.8kWh/t，年運(yùn)行時(shí)間 8000 小時(shí)。
（二）系統(tǒng)配置
1. 分區(qū)冷卻架構(gòu)：
? 制漿區(qū)：4 臺(tái) 1500kW 高壓螺桿冷水機(jī)（3 用 1 備），供應(yīng) 25±1℃冷卻水至蒸煮鍋和漂白塔，總流量 5000m3/h；
? 抄紙區(qū)：6 臺(tái) 1000kW 變頻冷水機(jī)，服務(wù)紙機(jī)網(wǎng)部和壓榨部，水溫控制 35±0.5℃；
? 涂布區(qū)：3 臺(tái) 800kW 精密冷水機(jī)，為涂布機(jī)和干燥冷卻段供水，控溫精度 ±0.3℃。
1. 安全與節(jié)能設(shè)計(jì)：
? 全系統(tǒng)采用多級(jí)過濾和防纖維堵塞設(shè)計(jì)，制漿、涂布區(qū)設(shè)備材質(zhì)為 316L 不銹鋼和鈦合金；
? 安裝能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整和余熱回收（年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 2000 噸）；
? 干燥箱余熱回收用于漿料預(yù)熱和車間供暖，減少蒸汽消耗 30%。
（三）運(yùn)行效果
? 產(chǎn)品質(zhì)量：紙張定量偏差≤1g/m2，白度穩(wěn)定性提升至 ±1% ISO，涂布量均勻度達(dá) 98%；
? 生產(chǎn)效率：設(shè)備無故障運(yùn)行時(shí)間達(dá) 15000 小時(shí)，紙機(jī)有效作業(yè)率從 88% 提升至 96%；
? 成本效益：?jiǎn)挝划a(chǎn)品冷卻能耗降至 0.6kWh/t，年總節(jié)能效益 1500 萬元，投資回收期 4 年。
造紙行業(yè)的冷水機(jī)應(yīng)用，是 “精準(zhǔn)溫控” 與 “防堵耐腐” 的有機(jī)結(jié)合，它不僅能保障紙張的品質(zhì)穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，更能通過節(jié)能設(shè)計(jì)和余熱回收降低生產(chǎn)成本。隨著造紙行業(yè)向綠色化、輕量化發(fā)展（如低定量高強(qiáng)紙、再生纖維紙），冷水機(jī)將向 “更高精度控溫（±0.3℃）、智能纖維識(shí)別、零排放冷卻” 方向發(fā)展。
