橡胶制品的生产过程伴随着剧烈的热量变化，从混炼胶的冷却定型到硫化模具的温度控制，每一个环节都需要精准的冷却支持。冷水机作为核心温控设备，需在高温（硫化温度可达 180℃）、高污染（橡胶粉尘、脱模剂）的环境中，提供稳定的冷却能力，同时抵御橡胶助剂（如硫磺、促进剂）的化学侵蚀。橡胶行业用冷水机的选型与运行，直接影响制品的物理性能（如硬度、弹性）和生产效率，是平衡产品质量与制造成本的重要环节。

一、橡胶制品行业对冷水机的核心要求

（一）耐高温冲击与快速换热能力

橡胶成型过程的温度波动大，冷却系统需具备极强的热响应能力：

• 硫化模具在开合模过程中，温度从 180℃骤降至 60℃以下（冷却时间≤30 秒），要求冷水机瞬间提供大流量低温水（5-10℃）；

• 密炼机、开炼机的辊筒冷却需持续移除摩擦生热（辊面温度控制在 50±5℃），避免胶料早期硫化（焦烧）；

• 橡胶挤出生产线（如轮胎胎面挤出）的定型冷却需将胶料从 120℃快速降至 40℃，冷却速率直接影响挤出速度（每提升 1℃/s 速率，产量可增加 5%）。

某轮胎厂因冷水机换热能力不足，硫化模具冷却时间延长至 45 秒，日产量减少 120 条，年损失超 300 万元。

（二）耐介质腐蚀与抗污染能力

橡胶生产环境中存在多种腐蚀性物质，对冷水机材质提出严苛要求：

• 硫化车间的冷却水可能接触脱模剂（含脂肪酸盐）、硫化促进剂（如 MBT、CZ），长期运行易导致金属部件腐蚀；

• 橡胶粉尘（粒径 1-10μm）易进入冷却系统，堵塞过滤器和换热器流道（每月可使换热效率下降 10%）；

• 部分工艺（如丁腈橡胶生产）需使用酸性冷却水（pH 5-6），普通碳钢设备 6 个月内就会出现明显腐蚀。

某密封件厂使用普通铸铁水泵，因橡胶粉尘磨损和介质腐蚀，3 个月就需更换叶轮，维护成本增加 5 万元 / 年。

（三）稳定运行与低维护需求

橡胶生产多为 24 小时连续作业，设备故障将导致全线停机：

• 冷水机需具备高可靠性（MTBF≥8000 小时），关键部件（如压缩机、水泵）采用冗余设计；

• 系统需具备自动排污、自清洁功能（如过滤器自动反冲洗），减少人工维护频次；

• 电气系统需防尘防水（IP55 防护等级），抵御车间橡胶粉尘和水汽侵蚀。

二、不同橡胶工艺的定制化冷却方案

（一）硫化成型：模具与硫化机的冷却

1. 平板硫化机冷却

某橡胶制品厂采用该方案后，硫化周期从 60 秒缩短至 45 秒，制品合格率从 92% 提升至 99%。

◦ 核心挑战：模具闭合时温度高达 180℃，需通过内部流道快速降温（30 秒内降至 80℃），否则会导致制品过硫（硬度升高、弹性下降）。

◦ 定制方案：

▪ 采用高压螺杆冷水机（制冷量 50-300kW），水泵扬程≥40m（克服模具流道阻力），出水温度 8±1℃；

▪ 模具流道设计为螺旋式（增加换热面积 40%），进水口设置单向阀（防止高温水回流）；

▪ 与硫化机 PLC 联动，合模时自动提升水流量至额定值的 150%，开模后恢复 50% 流量（节能）。

1. 轮胎硫化机冷却

◦ 核心挑战：巨型轮胎硫化（如工程轮胎）需分段控制温度（胎面 170℃、胎侧 160℃），冷却系统需支持多区域独立控温。

◦ 定制方案：

▪ 采用多回路冷水机组（每回路独立控制），总制冷量 500-1000kW，各回路水温偏差≤±0.5℃；

▪ 硫化胶囊冷却采用独立系统（水温 10±1℃），避免与模具冷却相互干扰；

▪ 配备热能回收装置（回收 120℃以上的回水热量），用于预热锅炉软水（节能 15%）。

（二）橡胶混炼与塑炼：辊筒与胶料的冷却

1. 密炼机冷却

◦ 需求：密炼机转子和混炼室因机械剪切产生大量热量（温度可达 120℃），需冷却至 60-80℃（避免胶料焦烧），冷却均匀性影响胶料分散度。

◦ 方案：

▪ 采用双螺杆冷水机（制冷量 100-500kW），转子和混炼室分别供水（流量比 3:2）；

▪ 冷却介质添加 0.5% 抗磨剂（减少转子流道磨损），进水温度 20±2℃；

▪ 安装红外测温仪（监测混炼室表面温度），与冷水机形成闭环控制（偏差超 5℃报警）。

1. 开炼机辊筒冷却

◦ 需求：开炼机两辊筒需维持 50±3℃（温差≤2℃），温度过高会导致胶料粘辊，过低则影响塑炼效果（可塑性不足）。

◦ 方案：

▪ 采用壳管式冷水机（制冷量 20-100kW），辊筒内部流道为双螺旋结构（确保温度均匀）；

▪ 辊筒两端安装铂电阻传感器（精度 ±0.1℃），实时调节各辊筒进水量；

▪ 配备过滤器（精度 20μm），防止橡胶碎屑进入流道（每月清理 1 次）。

（三）橡胶挤出与压延：定型与冷却

1. 橡胶挤出冷却

某密封条厂采用该方案后，制品断面收缩率从 3% 降至 1.2%，尺寸合格率提升至 98%。

◦ 核心挑战：胶料从挤出机机头（100-120℃）挤出后，需经水槽快速冷却至 40℃以下，冷却速度影响制品尺寸稳定性（如断面收缩率）。

◦ 定制方案：

▪ 采用开放式冷水机组（制冷量 50-200kW），配套冷却塔（节水 60%），水槽水温控制在 15±1℃；

▪ 水槽分三段冷却（第一段 25℃，第二段 18℃，第三段 15℃），每段配备搅拌装置（避免局部水温升高）；

▪ 胶料出槽后经风刀脱水，再进入二次风冷（与冷水机蒸发器联动）。

1. 压延机冷却

◦ 需求：压延机辊筒（用于橡胶片材压延）需维持 60±2℃，辊面温差≤1℃，否则会导致片材厚度不均（偏差超 0.05mm）。

◦ 方案：

▪ 采用变频冷水机（制冷量 100-300kW），辊筒内部流道按 “温差补偿” 设计（中间段流量大于两端）；

▪ 冷却介质为去离子水（避免辊筒结垢），每季度检测电导率（≤50μS/cm）；

▪ 与压延机速度联动（速度提升 10%，冷量自动增加 8%），确保冷却效果稳定。

三、运行策略与维护要点

（一）抗污染与防腐管理

1. 冷却系统防护

◦ 介质处理：使用软化水（总硬度≤50mg/L）+ 2% 乙二醇（提升防腐性），每季度添加一次阻垢剂（如聚磷酸盐）；

◦ 过滤系统：主回路安装自清洁过滤器（精度 100μm），模具支路加装袋式过滤器（精度 50μm），自动反冲洗周期设为 8 小时；

◦ 管道材质：与介质接触的管道选用 304 不锈钢（普通区域）或 316L 不锈钢（接触腐蚀性助剂区域），焊接后进行酸洗钝化。

1. 设备定期维护

◦ 每月：拆卸过滤器清理滤芯（检查污染物类型，如橡胶碎屑、金属粉末），测量换热器进出口温差（判断是否结垢）；

◦ 每半年：用 5% 柠檬酸溶液清洗换热器（循环 2 小时），去除水垢和橡胶残留物；

◦ 每年：对不锈钢部件进行钝化处理（硝酸溶液浸泡），检测管道壁厚（腐蚀速率应≤0.1mm / 年）。

某橡胶厂通过系统防护，冷水机换热器清洁度维持在 90% 以上，换热效率下降率从每月 10% 降至 3%。

（二）能效优化与负荷匹配

1. 智能运行策略

◦ 多设备集中控制：采用中央冷水机组（制冷量 500-1000kW）+ 变频水泵组合，根据开机设备数量自动调节冷量（调节范围 10%-100%）；

◦ 分时控制：白班生产高峰（8:00-20:00）满负荷运行，夜班保温时段（20:00-8:00）降低设定水温 3℃（节能 15%）；

◦ 余热回收：回收硫化模具高温回水（80-100℃）热量，用于加热车间供暖水（冬季）或预热锅炉补水（年节约蒸汽 2000 吨）。

1. 变频改造与节能

◦ 对传统定频冷水机进行变频改造（更换压缩机电机和控制器），部分负荷下能耗降低 30%-40%；

◦ 冷却水泵采用变频控制（与主机联动），根据系统压力自动调节转速（压力偏差≤0.02MPa）；

◦ 某橡胶制品厂改造后，冷水机系统年节电 25 万度，投资回收期 1.8 年。

（三）故障预防与快速处理

1. 常见故障排查

◦ 换热效率下降：先检查过滤器堵塞（70% 为此原因），再检测换热器结垢（用内窥镜观察），必要时进行化学清洗；

◦ 水泵噪音异常：多为叶轮磨损（橡胶粉尘冲刷）或轴承损坏，需拆解检查并更换备件（建议选用陶瓷轴承）；

◦ 温控失灵：校准温度传感器（橡胶车间振动大易导致漂移），检查 PLC 程序（是否被误改参数）。

1. 应急处理措施

◦ 冷水机突发停机：立即启动备用机组（如无备用，开启应急冷却泵供应自来水），同时隔离正在硫化的模具（避免过硫）；

◦ 管道泄漏：采用快速堵漏胶（临时处理），停机后更换受损管道（优先选用法兰连接，便于更换）；

◦ 介质污染：排放全部污染介质，用高压水冲洗系统（压力≤0.5MPa），重新注入新介质并循环 2 小时后再投产。

四、典型案例：轮胎厂冷却系统设计

（一）项目背景

某全钢子午线轮胎厂（年产 100 万条）需建设集中冷却系统，服务于 20 台硫化机、5 台密炼机、8 台挤出机，要求系统能效比（COP）≥4.0，故障率≤1%/ 年。

（二）系统配置

1. 分区冷却架构：

◦ 硫化区：3 台 600kW 螺杆冷水机（2 用 1 备），供应 8℃冷水至硫化模具，配备 200m³/h 冷却塔；

◦ 混炼区：2 台 300kW 变频冷水机，冷却密炼机和开炼机，水温控制在 20±1℃；

◦ 挤出区：1 台 400kW 开放式冷水机组，服务挤出生产线水槽，与生产线速度联动。

1. 节能与防护设计：

◦ 硫化回水余热回收装置（回收 100℃回水热量），用于预热锅炉软水（节约蒸汽 15%）；

◦ 全系统采用 304 不锈钢管道，关键部位（硫化模具支路）为 316L 不锈钢；

◦ 智能控制系统（与 MES 系统联动），根据订单排产自动调整冷量输出。

（三）运行效果

• 产品质量：轮胎硫化均匀性提升，动平衡合格率从 95% 升至 99%，耐久性测试里程增加 10%；

• 生产效率：硫化周期缩短 10 秒，日增产 300 条轮胎，密炼胶焦烧率从 2% 降至 0.5%；

• 能耗成本：系统 COP 达 4.3，年节电 42 万度，余热回收年节约燃料成本 28 万元。

橡胶制品行业的冷水机应用，核心是 “快速换热” 与 “抗污染能力” 的结合，它直接决定了生产效率和制品性能稳定性。随着高性能橡胶（如氢化丁腈、氟橡胶）需求的增长，冷却系统将向 “更高精度控温、更强防腐能力、更智能运行” 方向发展，如开发适应 - 20℃低温冷却的特种机组（用于氟橡胶成型）、结合 AI 预测硫化负荷调整冷量等。