造纸行业的生产过程伴随着高温蒸煮、高速抄造和复杂化学处理等环节，从制浆阶段的药液冷却，到纸机干燥部的辊筒降温，再到涂布工艺的浆料温控，每一个环节的温度管理都直接影响纸张的强度、匀度和生产效率。冷水机作为关键温控设备，需在高湿度、多纤维粉尘的生产环境中，提供 5-35℃的宽域控温能力（精度 ±1℃），同时具备耐腐耐磨、防堵塞和连续运行的特性。造纸用冷水机的选型与运行，是平衡纸张品质、生产效率与能耗成本的核心环节，更是推动造纸产业向高质量、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稳定性

造纸工艺的敏感性对温度波动极为敏感：

• 纸机网部脱水需控制浆料温度 40±1℃，温度波动超过 ±2℃会导致脱水不均（纸张定量偏差≥3g/m²）；

• 干燥部辊筒需维持 100-130±1℃，温差过大会导致纸张翘曲（卷曲度≥5mm/m）和强度下降（抗张指数降低 10%）；

• 涂布浆料调制需冷却至 25±1℃，高温会导致胶粘剂失效（涂布层剥离强度下降 20%）。

某文化用纸厂因干燥辊温控不均（温差 5℃），导致一批次铜版纸表面光泽度偏差≥5%，客户退货损失超 400 万元。

（二）耐腐耐磨与防堵塞能力

造纸环境对设备构成严峻挑战：

• 冷却系统需耐受制浆黑液（pH 10-13）和漂白液（含 ClO₂，pH 2-3）的腐蚀，金属部件需采用双相不锈钢（2205）或钛合金，年腐蚀速率≤0.05mm；

• 与纸浆接触的管路需采用大管径设计（≥DN80），并安装自清洁过滤器（精度 200μm），防止纤维和填料沉积堵塞；

• 密封件需选用耐化学腐蚀的氟橡胶（FKM），避免被药液溶胀（溶胀率≤5%）导致泄漏。

某浆厂因冷却器被木纤维堵塞，导致蒸煮器温度失控，纸浆硬度超标（K 值偏差≥3），批量浆料降级损失超 300 万元。

（三）高可靠性与连续生产保障

规模化造纸要求设备极致稳定：

• 冷水机组需支持 365 天连续运行（MTBF≥15000 小时），平均维修时间≤1 小时，避免纸机停机（损失≥5 万元 / 小时）；

• 关键系统（如干燥部、涂布机）需采用 N+1 冗余设计，单机组故障时切换时间≤10 秒，确保生产不中断；

• 设备防护等级需达到 IP55 以上，能在湿度≥95%、纤维粉尘浓度≥100mg/m³ 的环境中稳定运行。

二、不同造纸场景的定制化冷却方案

（一）制浆工艺：蒸煮与漂白冷却

1. 蒸煮器冷却系统

某制浆厂采用该方案后，纸浆得率提升 2%，强度指标达标率从 90% 提升至 98%。

◦ 核心挑战：化学制浆蒸煮器（容量 50-200m³）需将浆料从 170℃冷却至 80℃（降温速率 3℃/min），冷却不足会导致纤维过度降解（裂断长下降 15%）。

◦ 定制方案：

▪ 采用高压螺杆冷水机（双相不锈钢换热器），制冷量 500-2000kW，为蒸煮器夹套供水，控温精度 ±1℃；

▪ 冷却系统采用 “闪蒸 + 水冷” 复合设计，先通过闪蒸回收蒸汽（节能 20%），再通过冷水机深度冷却；

▪ 与蒸煮控制系统联动，根据原料种类（木浆 / 草浆）自动调整降温曲线，确保纸浆硬度稳定（K 值偏差≤1）。

1. 漂白塔冷却系统

◦ 核心挑战：漂白塔（温度 70-90℃）需控制反应温度，高温会导致漂白剂分解（有效氯损失≥10%），影响白度（偏差≥2% ISO）。

◦ 定制方案：

▪ 采用钛合金换热器冷水机（制冷量 200-800kW），为漂白塔内冷盘管供水，水温控制在 15±1℃；

▪ 冷却水路采用防腐蚀设计，与漂白液完全隔离，避免 ClO₂腐蚀；

▪ 系统配备在线白度监测仪，根据浆料白度自动调整冷却强度，确保终白度偏差≤1% ISO。

（二）抄纸工艺：纸机与干燥冷却

1. 纸机网部冷却系统

◦ 需求：纸机网部（车速 600-1200m/min）需冷却成形网和伏辊，辊面温度需控制在 40±1℃，高温会导致网部脱水不良（水分偏差≥2%）。

◦ 方案：

▪ 采用涡旋式冷水机（制冷量 100-500kW），为伏辊和导网辊内部流道供水，水流速≥1.5m/s；

▪ 冷却系统采用分区控制，根据网部不同位置（成形区 / 脱水区）调整冷却强度，确保横幅水分偏差≤0.5%；

▪ 与纸机 DCS 系统联动，根据车速和定量自动调整冷却水量，维持稳定脱水效率。

1. 干燥部辊筒冷却系统

◦ 需求：干燥部烘缸（温度 100-130℃）需控制冷凝水温度，温差过大会导致纸张干燥不均（水分偏差≥1%）和卷曲。

◦ 方案：

▪ 采用高效螺杆冷水机（制冷量 500-2000kW），为烘缸冷凝水系统供水，水温控制在 30±1℃；

▪ 冷却系统与热泵结合，回收烘缸余热加热新鲜空气（节能 30%），降低蒸汽消耗；

▪ 配备蒸汽冷凝水分离器，确保烘缸排水畅通，避免积水影响传热效率（热阻增加≤5%）。

（三）后加工工艺：涂布与压光冷却

1. 涂布机冷却系统

某涂布纸厂采用该方案后，涂布量偏差控制在≤1g/m²，表面光泽度提升 5%。

◦ 核心挑战：涂布机（车速 800-1500m/min）的涂布辊和干燥箱需冷却，涂布辊温度需控制在 30±1℃，高温会导致涂布量偏差（≥2g/m²）。

◦ 定制方案：

▪ 采用高压冷水机（工作压力 1.5-2.0MPa），制冷量 300-1000kW，为涂布辊和刮刀冷却套供水；

▪ 冷却水路采用精密流量控制（偏差≤2%），确保涂布辊横向温度均匀性（温差≤0.5℃）；

▪ 与涂布控制系统联动，根据涂层厚度（10-30μm）自动调整冷却强度，维持涂布量稳定。

1. 压光机冷却系统

◦ 需求：超级压光机（线压力 100-300kN/m）的压光辊需冷却，辊面温度需控制在 60±1℃，高温会导致纸张粘辊和光泽度不均。

◦ 方案：

▪ 采用水冷式冷水机（制冷量 200-800kW），为压光辊内部螺旋流道供水，水流速≥2m/s；

▪ 冷却系统采用闭环控制，通过红外测温仪实时监测辊面温度，偏差超限时自动调整水量；

▪ 配备辊面温度平衡装置，确保辊面横向温差≤1℃，提升纸张光泽度均匀性（偏差≤3%）。

三、运行管理与维护策略

（一）防腐蚀与水质控制

1. 材质选择与防护

◦ 制浆区：采用钛合金（TA2）或双相不锈钢（2205）管道，焊接采用氩弧焊 + 酸洗钝化，避免缝隙腐蚀；

◦ 抄纸区：与白水接触的部件采用 316L 不锈钢，表面喷涂耐磨陶瓷涂层（厚度≥0.5mm），延长寿命 3 倍；

◦ 密封材料：碱性环境选用 EPDM 三元乙丙橡胶，酸性环境选用 FFKM 全氟醚橡胶，耐化学腐蚀。

1. 水质处理方案

◦ 循环水标准：采用软化水（硬度≤50mg/L），添加缓蚀阻垢剂（如聚羧酸），pH 值控制在 8.0-9.0；

◦ 过滤系统：主回路安装自清洁过滤器（精度 200μm）+ 水力旋流器，拦截纤维和填料颗粒；

◦ 定期清洗：每 2 周用高压水冲洗换热器（压力 15-20MPa），每月用柠檬酸溶液循环清洗，去除水垢和生物膜。

某造纸集团通过精准防腐管理，冷却系统平均寿命从 3 年延长至 8 年，年维护成本降低 65%。

（二）能效优化与智能运行

1. 负荷动态调节

◦ 变频控制：根据纸机车速、产量自动调整压缩机转速（30-60Hz），部分负荷时节能 30%-40%；

◦ 余热回收：利用干燥部废气（120-150℃）和蒸煮闪蒸汽加热热水，年节约蒸汽消耗 10000 吨；

◦ 某造纸厂应用后，冷水机年耗电量下降 200 万度，折合减少碳排放 1300 吨。

1. 智能协同策略

◦ 群组控制：多台冷水机并联运行时，按总冷量需求智能启停（如 6 台机组实现 15%-100% 负荷调节）；

◦ 工艺联动：通过工业互联网平台与纸机 DCS 系统对接，根据生产计划提前调整冷却参数；

◦ 数据监控：实时采集温度、流量、能耗数据，生成能效分析报告，优化冷却温差（每降低 1℃节能 2%）。

（三）可靠性保障与应急处理

1. 预防性维护计划

◦ 日常检查：每日记录进出水温度、压力、流量（偏差≤5%），检查设备有无泄漏和异常振动；

◦ 定期保养：每运行 2000 小时更换过滤器滤芯，每 4000 小时更换冷冻油和干燥过滤器，清洁冷凝器；

◦ 年度检修：进行压缩机性能测试、压力试验（1.5 倍工作压力）和电气绝缘测试（≥1MΩ）。

1. 应急处理预案

◦ 冷却中断：立即启动备用冷水机（切换时间≤10 秒），纸机降速至 50% 运行，避免纸张断头；

◦ 管路堵塞：启用备用过滤回路，采用高压水反冲洗堵塞管路，添加专用清洗剂溶解纤维沉积物；

◦ 停电故障：启动柴油发电机（确保 30 秒内供电），优先保障干燥部和涂布机冷却系统运行。

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（年产文化用纸 80 万吨）需建设综合冷却系统，服务于 2 条制浆线、4 台纸机、2 台涂布机及后加工设备，要求系统总制冷量 15000kW，控温精度 ±1℃，符合 GB/T 450 纸和纸板标准。

（二）系统配置

1. 冷却架构：

◦ 制浆区：6 台 1000kW 钛合金冷水机（5 用 1 备），为蒸煮器和漂白塔冷却，水温控制精度 ±1℃；

◦ 抄纸区：8 台 1500kW 螺杆冷水机，服务纸机网部和干燥部，总循环水量 10000m³/h；

◦ 后加工区：4 台 800kW 高压冷水机，为涂布机和压光机冷却，控温精度 ±0.5℃。

1. 安全与节能设计：

◦ 全系统采用防腐蚀耐磨设计（钛合金 + 陶瓷涂层），多级过滤拦截纤维，适应造纸环境；

◦ 安装智能能源管理平台，实现余热回收、变频调节和远程监控，综合节能率≥30%；

◦ 关键设备采用 2N 冗余设计，配备应急电源和泄漏检测系统，确保生产连续和环境安全。

（三）运行效果

• 产品品质：纸张定量偏差≤1g/m²，水分均匀性提升至 98%，客户投诉率下降 75%；

• 生产效率：纸机有效作业率从 85% 提升至 97%，吨纸蒸汽消耗降低 15%；

• 成本效益：单位纸冷却能耗降至 60kWh / 吨，年节约电费 1200 万元，投资回收期 3 年。

造纸行业的冷水机应用，是 “精准温控”“耐腐耐磨” 与 “高效节能” 的高度统一，它不仅能保障纸张品质稳定性和生产连续性，更能通过智能管理降低生产成本。随着造纸行业向绿色化、轻量化发展（如低定量高强纸、再生纸），冷水机将向 “更高精度控温、全流程余热回收、零排放冷却” 方向发展。选择专业的造纸冷水机，是实现高品质纸张量产的关键支撑。