造纸行业的生产过程伴随着高温、高湿度和浆料污染等复杂环境，从制浆的蒸煮冷却，到抄纸的网部降温，再到涂布的干燥定型，每一个环节的温度管理都直接影响纸张的物理强度、平滑度和生产效率。冷水机作为关键温控设备，需在浆料纤维浓度高、环境湿度≥85% 的工况下，提供稳定的冷却能力（控温精度 ±1℃），同时具备防堵塞、耐腐蚀和连续运行的特性。造纸用冷水机的选型与运行，是平衡纸张品质、生产效率与设备维护成本的核心环节，更是推动造纸行业向高品质、低能耗发展的重要支撑。

一、造纸行业对冷水机的核心要求

（一）精准温控与纸张品质保障

纸张的物理性能对温度变化极为敏感：

• 纸机网部的成形辊需维持 35±1℃，温度波动超过 ±2℃会导致纸张定量偏差（≥2g/m²），影响厚度均匀性；

• 涂布机的干燥箱需分段控温（80-150℃），冷却段水温需稳定在 25±1℃，温差过大会导致纸张卷曲（曲率半径≥50cm）；

• 制浆蒸煮后的浆料需冷却至 60±2℃，降温速率不足会导致纤维降解（裂断长下降≥0.5km），影响纸张强度。

某造纸厂因冷水机温控波动（±2.5℃），导致一批次文化纸平滑度偏差超标，降等率达 12%，直接损失超 100 万元。

（二）防堵塞与浆料污染控制

造纸生产的纤维杂质对设备流通性构成严峻挑战：

• 制浆车间的冷却系统会混入纸浆纤维（长度 0.5-3mm）和细小填料（如碳酸钙、滑石粉），每周在换热器表面形成 2-5mm 厚的垢层，导致换热效率下降 20%-30%；

• 抄纸网部的冷却水含有白水（固含量 5%-10%），长期运行会导致管道内壁结垢（热阻增加 40%）；

• 涂布车间的冷却水中含有涂料颗粒（粒径 1-5μm），易堵塞细小流道（如涂布辊冷却孔直径 3-5mm）。

某纸板厂因冷却管道被纤维堵塞，导致压榨辊温度过高，纸板水分偏差超 3%，客户退货损失达 80 万元。

（三）高湿度环境适应性与可靠性

造纸车间的高湿特性对设备提出特殊要求：

• 冷水机电气系统防护等级需达到 IP54 以上，能在湿度 85%-95% 环境中稳定运行（无凝露短路风险）；

• 需支持 365 天连续运行（MTBF≥10000 小时），平均维修时间≤1 小时，避免生产线停线（损失≥2 万元 / 小时）；

• 与浆料接触的部件需采用 316L 不锈钢或钛合金（耐酸碱腐蚀），密封件选用耐油橡胶（如丁腈橡胶 NBR）。

二、不同造纸工艺的定制化冷却方案

（一）制浆工艺：蒸煮与漂白冷却

1. 蒸煮锅冷却系统

某制浆厂采用该方案后，浆料裂断长从 3.5km 提升至 4.2km，纤维强度显著改善。

◦ 核心挑战：化学制浆的蒸煮锅（温度 160-180℃，压力 0.6-0.8MPa）放料后需快速冷却，浆料温度需从 170℃降至 60±2℃，冷却不足会导致纤维过度降解。

◦ 定制方案：

▪ 采用高压螺杆冷水机（制冷量 500-2000kW），供水压力 1.0-1.5MPa，为蒸煮锅夹套和放料管冷却器供水，水温控制在 25±1℃；

▪ 采用双级冷却工艺（先闪蒸降温至 100℃，再水冷至 60℃），总冷却时间控制在 30 分钟以内；

▪ 系统配备自动反冲洗过滤器（精度 200μm）+ 磁性分离器，拦截金属杂质和粗纤维。

1. 漂白塔冷却

◦ 核心挑战：纸浆漂白（采用氯气、氧气等漂白剂）时需控制反应温度（70-90℃），冷却不足会导致漂白过度（白度偏差≥2% ISO），影响纸张色泽。

◦ 定制方案：

▪ 采用耐腐蚀冷水机（钛合金换热器），制冷量 200-800kW，为漂白塔夹套供水，水温控制在 20±1℃；

▪ 冷却水路采用 316L 不锈钢管道（耐漂白剂腐蚀），密封件为氟橡胶（FKM）；

▪ 与漂白控制系统联动，根据浆料卡伯值自动调整冷却水量（卡伯值高时增加冷量）。

（二）抄纸工艺：网部与压榨冷却

1. 纸机网部冷却系统

◦ 需求：纸机网部的成形辊、真空辊在高速运行时（车速 600-1200m/min）摩擦生热，温度升至 50℃，需冷却至 35±1℃，高温会导致纸张脱水不良（水分超标≥2%）。

◦ 方案：

▪ 采用水冷式螺杆冷水机（制冷量 300-1500kW），为网部辊筒供水，水温控制精度 ±0.5℃；

▪ 辊筒内部流道采用螺旋设计（增加换热面积 30%），水流速≥1.5m/s，确保辊面温差≤1℃；

▪ 系统配备白水过滤器（分离效率≥95%），将冷却水中的纤维含量控制在≤0.5%。

1. 压榨部冷却

◦ 需求：压榨辊（线压力 100-300kN/m）在挤压脱水时温度升至 60℃，需冷却至 40±1℃，高温会导致辊面胶层老化（寿命缩短 50%）。

◦ 方案：

▪ 采用变频螺杆冷水机（制冷量 200-1000kW），为压榨辊内部水路供水，控温精度 ±0.5℃；

▪ 冷却水路采用双进双出设计，确保辊面温度均匀（轴向温差≤1℃）；

▪ 与压榨部 PLC 联动，根据车速和纸种自动调整冷却水量（高速、厚纸增加 20% 冷量）。

（三）加工工艺：涂布与干燥冷却

1. 涂布机冷却系统

某涂布纸厂采用该方案后，涂布量偏差从 3g/m² 降至 1g/m²，印刷适性显著提升。

◦ 核心挑战：涂布机的涂布辊和计量辊需维持 30±1℃，温度波动会导致涂料粘度变化（偏差≥50mPa・s），影响涂布量均匀性（偏差≥2g/m²）。

◦ 定制方案：

▪ 采用精密螺杆冷水机（制冷量 100-500kW），为涂布辊夹套供水，水温控制精度 ±0.3℃；

▪ 冷却水路配备涂料过滤器（精度 50μm），拦截涂料颗粒（每周更换滤袋）；

▪ 系统响应速度快（≤1 秒），与涂布量闭环控制，偏差超 1g/m² 时自动调整辊温。

1. 干燥冷却段

◦ 需求：纸张经干燥箱（温度 100-150℃）干燥后需冷却至 40℃以下，冷却不足会导致纸张热收缩（尺寸稳定性偏差≥1%）。

◦ 方案：

▪ 采用水冷式冷水机（制冷量 500-2000kW），为冷却辊和冷风机供水，水温控制在 20±1℃；

▪ 冷却段采用 “冷水辊 + 冷风” 复合冷却，确保纸张降温速率≥3℃/m（根据车速调整）；

▪ 冷却辊表面镀铬（硬度≥HRC55），减少纸张粘连（断纸率下降 30%）。

三、运行管理与维护策略

（一）防堵塞与浆料过滤管理

1. 过滤系统设计

◦ 一级过滤：总进水口安装自清洁过滤器（精度 200μm），带刮刀式自动清理装置（反冲洗周期≤4 小时）；

◦ 二级过滤：关键设备前加装篮式过滤器（精度 100μm），每班清理 1 次滤渣（纤维和填料）；

◦ 末端过滤：精密冷却部件（如涂布辊）前安装袋式过滤器（精度 50μm），每日更换滤袋。

1. 清洁与维护方案

◦ 日常清洁：每日检查过滤器压差（≤0.1MPa），清理表面纤维堆积；

◦ 定期清洗：每周用高压水冲洗换热器（压力 10-15MPa），去除纤维垢层；

◦ 化学清洗：每月对制浆、抄纸冷却系统进行酸洗（柠檬酸 + 缓蚀剂），每季度进行碱洗（去除有机垢）。

某造纸厂通过完善过滤系统，冷却系统堵塞故障从每周 4 次降至每月 1 次，设备维护成本降低 60%。

（二）高湿度防护与能效优化

1. 设备防护措施

◦ 电气防护：冷水机控制柜加装除湿机（湿度≤60%）和加热装置（防止凝露），电缆采用防水型（IP68）；

◦ 防腐处理：设备外表面喷涂环氧底漆 + 聚氨酯面漆（干膜厚度≥150μm），金属管路采用 316L 不锈钢（制浆、涂布区）；

◦ 通风散热：设备安装在通风良好的车间角落，冷凝器周围预留≥2m 空间，确保散热效率。

1. 节能运行策略

◦ 变频控制：根据纸机车速、产量自动调整压缩机转速（30-50Hz），部分负荷时节能 30%-40%；

◦ 余热回收：利用干燥箱排气余热（80-120℃）加热车间供暖或预热清水，年节约标准煤 1000 吨；

◦ 某造纸厂应用后，冷水机年耗电量下降 120 万度，余热回收年节约能源成本 90 万元。

（三）安全保障与应急处理

1. 设备安全管理

◦ 电气安全：设备接地电阻≤4Ω，漏电保护动作电流≤30mA，每年进行绝缘电阻测试（≥1MΩ）；

◦ 机械防护：旋转部件加装防护罩，高温管道采用硅酸铝保温层（表面温度≤50℃）；

◦ 水质监测：每周检测冷却水电导率（≤800μS/cm）、pH 值（7.0-8.5），避免腐蚀和结垢。

1. 应急处理预案

◦ 冷却中断：立即启动备用冷水机（切换时间≤30 秒），同时降低纸机车速（降至 70%），减少热负荷；

◦ 纤维堵塞：采用压缩空气反向吹扫过滤器（压力 0.6MPa），临时恢复流量，待停机后彻底清理；

◦ 泄漏处理：制浆区泄漏时用木屑吸附浆料，涂布区泄漏时用专用吸附剂处理涂料（防止污染）。

四、典型案例：大型造纸厂冷却系统设计

（一）项目背景

某大型造纸厂（年产文化纸 50 万吨、涂布纸 30 万吨）需建设集中冷却系统，服务于 2 台制浆蒸煮锅、4 台高速纸机（车速 1200m/min）、3 台涂布机，要求系统总制冷量 10000kW，单位产品冷却能耗≤0.8kWh/t，年运行时间 8000 小时。

（二）系统配置

1. 分区冷却架构：

◦ 制浆区：4 台 1500kW 高压螺杆冷水机（3 用 1 备），供应 25±1℃冷却水至蒸煮锅和漂白塔，总流量 5000m³/h；

◦ 抄纸区：6 台 1000kW 变频冷水机，服务纸机网部和压榨部，水温控制 35±0.5℃；

◦ 涂布区：3 台 800kW 精密冷水机，为涂布机和干燥冷却段供水，控温精度 ±0.3℃。

1. 安全与节能设计：

◦ 全系统采用多级过滤和防纤维堵塞设计，制浆、涂布区设备材质为 316L 不锈钢和钛合金；

◦ 安装能源管理系统，实现负荷动态调整和余热回收（年节约标准煤 2000 吨）；

◦ 干燥箱余热回收用于浆料预热和车间供暖，减少蒸汽消耗 30%。

（三）运行效果

• 产品质量：纸张定量偏差≤1g/m²，白度稳定性提升至 ±1% ISO，涂布量均匀度达 98%；

• 生产效率：设备无故障运行时间达 15000 小时，纸机有效作业率从 88% 提升至 96%；

• 成本效益：单位产品冷却能耗降至 0.6kWh/t，年总节能效益 1500 万元，投资回收期 4 年。

造纸行业的冷水机应用，是 “精准温控” 与 “防堵耐腐” 的有机结合，它不仅能保障纸张的品质稳定性和生产效率，更能通过节能设计和余热回收降低生产成本。随着造纸行业向绿色化、轻量化发展（如低定量高强纸、再生纤维纸），冷水机将向 “更高精度控温（±0.3℃）、智能纤维识别、零排放冷却” 方向发展。