造紙行業(yè)的生產(chǎn)過程伴隨著高溫蒸煮、高速抄造和復(fù)雜化學(xué)處理等環(huán)節(jié)，從制漿階段的藥液冷卻，到紙機(jī)干燥部的輥筒降溫，再到涂布工藝的漿料溫控，每一個環(huán)節(jié)的溫度管理都直接影響紙張的強(qiáng)度、勻度和生產(chǎn)效率。冷水機(jī)作為關(guān)鍵溫控設(shè)備，需在高濕度、多纖維粉塵的生產(chǎn)環(huán)境中，提供 5-35℃的寬域控溫能力（精度 ±1℃），同時具備耐腐耐磨、防堵塞和連續(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)效率與能耗成本的核心環(huán)節(jié)，更是推動造紙產(chǎn)業(yè)向高質(zhì)量、低能耗發(fā)展的重要支撐。
一、造紙行業(yè)對冷水機(jī)的核心要求
（一）精準(zhǔn)溫控與紙張品質(zhì)穩(wěn)定性
造紙工藝的敏感性對溫度波動極為敏感：
? 紙機(jī)網(wǎng)部脫水需控制漿料溫度 40±1℃，溫度波動超過 ±2℃會導(dǎo)致脫水不均（紙張定量偏差≥3g/m2）；
? 干燥部輥筒需維持 100-130±1℃，溫差過大會導(dǎo)致紙張翹曲（卷曲度≥5mm/m）和強(qiáng)度下降（抗張指數(shù)降低 10%）；
? 涂布漿料調(diào)制需冷卻至 25±1℃，高溫會導(dǎo)致膠粘劑失效（涂布層剝離強(qiáng)度下降 20%）。
某文化用紙廠因干燥輥溫控不均（溫差 5℃），導(dǎo)致一批次銅版紙表面光澤度偏差≥5%，客戶退貨損失超 400 萬元。
（二）耐腐耐磨與防堵塞能力
造紙環(huán)境對設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：
? 冷卻系統(tǒng)需耐受制漿黑液（pH 10-13）和漂白液（含 ClO?，pH 2-3）的腐蝕，金屬部件需采用雙相不銹鋼（2205）或鈦合金，年腐蝕速率≤0.05mm；
? 與紙漿接觸的管路需采用大管徑設(shè)計（≥DN80），并安裝自清潔過濾器（精度 200μm），防止纖維和填料沉積堵塞；
? 密封件需選用耐化學(xué)腐蝕的氟橡膠（FKM），避免被藥液溶脹（溶脹率≤5%）導(dǎo)致泄漏。
某漿廠因冷卻器被木纖維堵塞，導(dǎo)致蒸煮器溫度失控，紙漿硬度超標(biāo)（K 值偏差≥3），批量漿料降級損失超 300 萬元。
（三）高可靠性與連續(xù)生產(chǎn)保障
規(guī)模化造紙要求設(shè)備極致穩(wěn)定：
? 冷水機(jī)組需支持 365 天連續(xù)運(yùn)行（MTBF≥15000 小時），平均維修時間≤1 小時，避免紙機(jī)停機(jī)（損失≥5 萬元 / 小時）；
? 關(guān)鍵系統(tǒng)（如干燥部、涂布機(jī)）需采用 N+1 冗余設(shè)計，單機(jī)組故障時切換時間≤10 秒，確保生產(chǎn)不中斷；
? 設(shè)備防護(hù)等級需達(dá)到 IP55 以上，能在濕度≥95%、纖維粉塵濃度≥100mg/m3 的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。
二、不同造紙場景的定制化冷卻方案
（一）制漿工藝：蒸煮與漂白冷卻
1. 蒸煮器冷卻系統(tǒng)
某制漿廠采用該方案后，紙漿得率提升 2%，強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)標(biāo)率從 90% 提升至 98%。
? 核心挑戰(zhàn)：化學(xué)制漿蒸煮器（容量 50-200m3）需將漿料從 170℃冷卻至 80℃（降溫速率 3℃/min），冷卻不足會導(dǎo)致纖維過度降解（裂斷長下降 15%）。
? 定制方案：
? 采用高壓螺桿冷水機(jī)（雙相不銹鋼換熱器），制冷量 500-2000kW，為蒸煮器夾套供水，控溫精度 ±1℃；
? 冷卻系統(tǒng)采用 “閃蒸 + 水冷” 復(fù)合設(shè)計，先通過閃蒸回收蒸汽（節(jié)能 20%），再通過冷水機(jī)深度冷卻；
? 與蒸煮控制系統(tǒng)聯(lián)動，根據(jù)原料種類（木漿 / 草漿）自動調(diào)整降溫曲線，確保紙漿硬度穩(wěn)定（K 值偏差≤1）。
1. 漂白塔冷卻系統(tǒng)
? 核心挑戰(zhàn)：漂白塔（溫度 70-90℃）需控制反應(yīng)溫度，高溫會導(dǎo)致漂白劑分解（有效氯損失≥10%），影響白度（偏差≥2% ISO）。
? 定制方案：
? 采用鈦合金換熱器冷水機(jī)（制冷量 200-800kW），為漂白塔內(nèi)冷盤管供水，水溫控制在 15±1℃；
? 冷卻水路采用防腐蝕設(shè)計，與漂白液完全隔離，避免 ClO?腐蝕；
? 系統(tǒng)配備在線白度監(jiān)測儀，根據(jù)漿料白度自動調(diào)整冷卻強(qiáng)度，確保終白度偏差≤1% ISO。
（二）抄紙工藝：紙機(jī)與干燥冷卻
1. 紙機(jī)網(wǎng)部冷卻系統(tǒng)
? 需求：紙機(jī)網(wǎng)部（車速 600-1200m/min）需冷卻成形網(wǎng)和伏輥，輥面溫度需控制在 40±1℃，高溫會導(dǎo)致網(wǎng)部脫水不良（水分偏差≥2%）。
? 方案：
? 采用渦旋式冷水機(jī)（制冷量 100-500kW），為伏輥和導(dǎo)網(wǎng)輥內(nèi)部流道供水，水流速≥1.5m/s；
? 冷卻系統(tǒng)采用分區(qū)控制，根據(jù)網(wǎng)部不同位置（成形區(qū) / 脫水區(qū)）調(diào)整冷卻強(qiáng)度，確保橫幅水分偏差≤0.5%；
? 與紙機(jī) DCS 系統(tǒng)聯(lián)動，根據(jù)車速和定量自動調(diào)整冷卻水量，維持穩(wěn)定脫水效率。
1. 干燥部輥筒冷卻系統(tǒng)
? 需求：干燥部烘缸（溫度 100-130℃）需控制冷凝水溫度，溫差過大會導(dǎo)致紙張干燥不均（水分偏差≥1%）和卷曲。
? 方案：
? 采用高效螺桿冷水機(jī)（制冷量 500-2000kW），為烘缸冷凝水系統(tǒng)供水，水溫控制在 30±1℃；
? 冷卻系統(tǒng)與熱泵結(jié)合，回收烘缸余熱加熱新鮮空氣（節(jié)能 30%），降低蒸汽消耗；
? 配備蒸汽冷凝水分離器，確保烘缸排水暢通，避免積水影響傳熱效率（熱阻增加≤5%）。
（三）后加工工藝：涂布與壓光冷卻
1. 涂布機(jī)冷卻系統(tǒng)
某涂布紙廠采用該方案后，涂布量偏差控制在≤1g/m2，表面光澤度提升 5%。
? 核心挑戰(zhàn)：涂布機(jī)（車速 800-1500m/min）的涂布輥和干燥箱需冷卻，涂布輥溫度需控制在 30±1℃，高溫會導(dǎo)致涂布量偏差（≥2g/m2）。
? 定制方案：
? 采用高壓冷水機(jī)（工作壓力 1.5-2.0MPa），制冷量 300-1000kW，為涂布輥和刮刀冷卻套供水；
? 冷卻水路采用精密流量控制（偏差≤2%），確保涂布輥橫向溫度均勻性（溫差≤0.5℃）；
? 與涂布控制系統(tǒng)聯(lián)動，根據(jù)涂層厚度（10-30μm）自動調(diào)整冷卻強(qiáng)度，維持涂布量穩(wěn)定。
1. 壓光機(jī)冷卻系統(tǒng)
? 需求：超級壓光機(jī)（線壓力 100-300kN/m）的壓光輥需冷卻，輥面溫度需控制在 60±1℃，高溫會導(dǎo)致紙張粘輥和光澤度不均。
? 方案：
? 采用水冷式冷水機(jī)（制冷量 200-800kW），為壓光輥內(nèi)部螺旋流道供水，水流速≥2m/s；
? 冷卻系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，通過紅外測溫儀實(shí)時監(jiān)測輥面溫度，偏差超限時自動調(diào)整水量；
? 配備輥面溫度平衡裝置，確保輥面橫向溫差≤1℃，提升紙張光澤度均勻性（偏差≤3%）。
三、運(yùn)行管理與維護(hù)策略
（一）防腐蝕與水質(zhì)控制
1. 材質(zhì)選擇與防護(hù)
? 制漿區(qū)：采用鈦合金（TA2）或雙相不銹鋼（2205）管道，焊接采用氬弧焊 + 酸洗鈍化，避免縫隙腐蝕；
? 抄紙區(qū)：與白水接觸的部件采用 316L 不銹鋼，表面噴涂耐磨陶瓷涂層（厚度≥0.5mm），延長壽命 3 倍；
? 密封材料：堿性環(huán)境選用 EPDM 三元乙丙橡膠，酸性環(huán)境選用 FFKM 全氟醚橡膠，耐化學(xué)腐蝕。
1. 水質(zhì)處理方案
? 循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)：采用軟化水（硬度≤50mg/L），添加緩蝕阻垢劑（如聚羧酸），pH 值控制在 8.0-9.0；
? 過濾系統(tǒng)：主回路安裝自清潔過濾器（精度 200μm）+ 水力旋流器，攔截纖維和填料顆粒；
? 定期清洗：每 2 周用高壓水沖洗換熱器（壓力 15-20MPa），每月用檸檬酸溶液循環(huán)清洗，去除水垢和生物膜。
某造紙集團(tuán)通過精準(zhǔn)防腐管理，冷卻系統(tǒng)平均壽命從 3 年延長至 8 年，年維護(hù)成本降低 65%。
（二）能效優(yōu)化與智能運(yùn)行
1. 負(fù)荷動態(tài)調(diào)節(jié)
? 變頻控制：根據(jù)紙機(jī)車速、產(chǎn)量自動調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（30-60Hz），部分負(fù)荷時節(jié)能 30%-40%；
? 余熱回收：利用干燥部廢氣（120-150℃）和蒸煮閃蒸汽加熱熱水，年節(jié)約蒸汽消耗 10000 噸；
? 某造紙廠應(yīng)用后，冷水機(jī)年耗電量下降 200 萬度，折合減少碳排放 1300 噸。
1. 智能協(xié)同策略
? 群組控制：多臺冷水機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，按總冷量需求智能啟停（如 6 臺機(jī)組實(shí)現(xiàn) 15%-100% 負(fù)荷調(diào)節(jié)）；
? 工藝聯(lián)動：通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與紙機(jī) DCS 系統(tǒng)對接，根據(jù)生產(chǎn)計劃提前調(diào)整冷卻參數(shù)；
? 數(shù)據(jù)監(jiān)控：實(shí)時采集溫度、流量、能耗數(shù)據(jù)，生成能效分析報告，優(yōu)化冷卻溫差（每降低 1℃節(jié)能 2%）。
（三）可靠性保障與應(yīng)急處理
1. 預(yù)防性維護(hù)計劃
? 日常檢查：每日記錄進(jìn)出水溫度、壓力、流量（偏差≤5%），檢查設(shè)備有無泄漏和異常振動；
? 定期保養(yǎng)：每運(yùn)行 2000 小時更換過濾器濾芯，每 4000 小時更換冷凍油和干燥過濾器，清潔冷凝器；
? 年度檢修：進(jìn)行壓縮機(jī)性能測試、壓力試驗(yàn)（1.5 倍工作壓力）和電氣絕緣測試（≥1MΩ）。
1. 應(yīng)急處理預(yù)案
? 冷卻中斷：立即啟動備用冷水機(jī)（切換時間≤10 秒），紙機(jī)降速至 50% 運(yùn)行，避免紙張斷頭；
? 管路堵塞：啟用備用過濾回路，采用高壓水反沖洗堵塞管路，添加專用清洗劑溶解纖維沉積物；
? 停電故障：啟動柴油發(fā)電機(jī)（確保 30 秒內(nèi)供電），優(yōu)先保障干燥部和涂布機(jī)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行。
四、典型案例：大型造紙廠冷卻系統(tǒng)設(shè)計
（一）項(xiàng)目背景
某大型造紙廠（年產(chǎn)文化用紙 80 萬噸）需建設(shè)綜合冷卻系統(tǒng)，服務(wù)于 2 條制漿線、4 臺紙機(jī)、2 臺涂布機(jī)及后加工設(shè)備，要求系統(tǒng)總制冷量 15000kW，控溫精度 ±1℃，符合 GB/T 450 紙和紙板標(biāo)準(zhǔn)。
（二）系統(tǒng)配置
1. 冷卻架構(gòu)：
? 制漿區(qū)：6 臺 1000kW 鈦合金冷水機(jī)（5 用 1 備），為蒸煮器和漂白塔冷卻，水溫控制精度 ±1℃；
? 抄紙區(qū)：8 臺 1500kW 螺桿冷水機(jī)，服務(wù)紙機(jī)網(wǎng)部和干燥部，總循環(huán)水量 10000m3/h；
? 后加工區(qū)：4 臺 800kW 高壓冷水機(jī)，為涂布機(jī)和壓光機(jī)冷卻，控溫精度 ±0.5℃。
1. 安全與節(jié)能設(shè)計：
? 全系統(tǒng)采用防腐蝕耐磨設(shè)計（鈦合金 + 陶瓷涂層），多級過濾攔截纖維，適應(yīng)造紙環(huán)境；
? 安裝智能能源管理平臺，實(shí)現(xiàn)余熱回收、變頻調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，綜合節(jié)能率≥30%；
? 關(guān)鍵設(shè)備采用 2N 冗余設(shè)計，配備應(yīng)急電源和泄漏檢測系統(tǒng)，確保生產(chǎn)連續(xù)和環(huán)境安全。
（三）運(yùn)行效果
? 產(chǎn)品品質(zhì)：紙張定量偏差≤1g/m2，水分均勻性提升至 98%，客戶投訴率下降 75%；
? 生產(chǎn)效率：紙機(jī)有效作業(yè)率從 85% 提升至 97%，噸紙蒸汽消耗降低 15%；
? 成本效益：單位紙冷卻能耗降至 60kWh / 噸，年節(jié)約電費(fèi) 1200 萬元，投資回收期 3 年。
造紙行業(yè)的冷水機(jī)應(yīng)用，是 “精準(zhǔn)溫控”“耐腐耐磨” 與 “高效節(jié)能” 的高度統(tǒng)一，它不僅能保障紙張品質(zhì)穩(wěn)定性和生產(chǎn)連續(xù)性，更能通過智能管理降低生產(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、再生紙），冷水機(jī)將向 “更高精度控溫、全流程余熱回收、零排放冷卻” 方向發(fā)展。選擇專業(yè)的造紙冷水機(jī)，是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)紙張量產(chǎn)的關(guān)鍵支撐。
