塑料行业的生产过程中，从原料熔融、注塑成型到吹塑定型、挤出冷却，每一个环节都离不开精准的温度控制。冷水机作为核心冷却设备，需在高温、高压且可能接触腐蚀性介质（如增塑剂、脱模剂）的环境中，提供稳定的冷却能力（控温精度 ±1℃），同时兼顾能耗控制与设备耐用性。塑料用冷水机的选型与运行，直接影响产品的成型效率、尺寸精度和表面质量，是平衡生产效益与产品品质的重要环节。

一、塑料行业对冷水机的核心要求

（一）适配宽温域与快速响应能力

塑料加工的温度范围跨度大，冷水机需具备灵活的调节能力：

• 注塑成型的模具冷却需将温度从 180℃快速降至 50℃，冷却时间占成型周期的 60%-80%，要求冷水机能在 30 秒内达到设定流量（偏差≤5%）；

• 挤出片材的辊筒冷却需分区域控温（如进料段 80℃、成型段 60℃），相邻区域温差需≥10℃，避免片材翘曲；

• 吹塑瓶的模具冷却需应对间歇式负荷（每 10 秒一个循环），冷水机需具备快速启停能力（启动时间≤10 秒）。

某注塑厂因冷水机响应滞后（延迟 20 秒），导致塑件冷却不均，尺寸公差超差（±0.2mm），废品率达 8%。

（二）抗腐蚀与防堵塞性能

塑料加工中接触的介质可能对设备造成侵蚀：

• PVC 加工中释放的氯化氢气体（溶于水呈酸性，pH 3-4）会腐蚀普通碳钢管道，每年腐蚀速率达 0.5mm；

• 色母粒中的颜料颗粒（粒径 5-20μm）随回水进入系统，若过滤不彻底会堵塞模具流道（尤其是精密塑件的细小水路）；

• 脱模剂中的硅油成分可能附着在换热器表面，形成油膜（厚度 1-2μm），导致换热效率下降 15%。

某 PVC 管材厂因冷水机管道腐蚀泄漏，停机维修 2 天，直接损失 15 万元，还导致 3 吨原料报废。

（三）节能与成本控制

塑料行业属于高能耗领域，冷水机的能效直接影响生产成本：

• 机组满负荷能效比（COP）需≥3.8（符合 GB 19577-2015），部分负荷（50%）时 COP≥3.2；

• 具备变频调节功能（流量 30%-100% 可调），匹配注塑机、挤出机的间歇式负荷（如待机时能耗降低 50%）；

• 冷却水路设计合理（管径、流速匹配），水泵扬程利用率≥80%，避免 “大马拉小车” 现象。

二、不同塑料工艺的定制化冷却方案

（一）注塑成型：模具冷却与效率提升

1. 精密注塑冷却

某精密注塑厂采用该方案后，塑件尺寸合格率从 90% 提升至 99%，成型周期缩短 12 秒 / 模。

◦ 核心挑战：手机外壳、医疗配件等精密塑件（尺寸公差 ±0.05mm）需模具温度均匀（温差≤2℃），否则会产生内应力导致变形。

◦ 定制方案：

▪ 采用水冷式螺杆冷水机（制冷量 10-100kW），水温控制精度 ±0.5℃，配备精密流量调节阀（控制精度 ±1%）；

▪ 模具水路采用并联设计（每腔独立供水），水流速≥2m/s（避免局部过热），进出口温差≤3℃；

▪ 与注塑机联动，合模时自动提高流量（120% 额定值），开模时降低流量（50% 额定值），缩短成型周期。

1. 大型注塑件冷却

◦ 核心挑战：汽车保险杠、家电外壳等大型塑件（重量 5-10kg）模具型腔大，需大流量冷却（单模流量 50-100m³/h），避免表面缩痕。

◦ 定制方案：

▪ 采用开放式冷水机组（制冷量 100-500kW），配套冷却塔（降温能力匹配），水温控制在 25±1℃；

▪ 模具水路采用螺旋式布局（增加 30% 换热面积），设置导流板（确保水流覆盖整个型腔）；

▪ 配备水位自动控制（补充蒸发损失）和自动加药装置（缓蚀、阻垢），维护水质稳定。

（二）挤出成型：辊筒与定型冷却

1. 塑料管材挤出冷却

◦ 需求：PVC、PE 管材挤出后需通过真空定径套和冷却水槽降温（从 180℃降至 40℃），冷却不均匀会导致管材椭圆度超差（＞1%）。

◦ 方案：

▪ 采用风冷式冷水机（制冷量 50-200kW），为真空定径套提供 15±1℃冷却水，流量根据管材直径自动调整（φ200mm 管对应流量 50m³/h）；

▪ 冷却水槽分三段控温（前段 60℃、中段 40℃、后段 25℃），采用喷淋 + 浸泡结合方式，降温速率稳定；

▪ 定径套水路采用环形分布（出水均匀），喷嘴间距≤5mm（确保管材周向冷却一致）。

1. 薄膜挤出冷却

◦ 需求：BOPP、PET 薄膜挤出后需经冷却辊（温度 20±1℃）定型，辊面温度波动会导致薄膜厚度偏差（＞3%）。

◦ 方案：

▪ 采用多机头冷水机（每辊独立控制），制冷量 5-30kW / 辊，水温控制精度 ±0.3℃；

▪ 冷却辊内部采用螺旋导流设计（水流速 1.5m/s），确保辊面温差≤0.5℃；

▪ 配备油雾分离器（处理轴承润滑产生的油雾），避免污染换热器。

（三）吹塑与发泡：定型与控温

1. 中空吹塑冷却

某饮料瓶厂采用该方案后，瓶身壁厚偏差从 5% 降至 2%，生产速度提升 10 瓶 / 分钟。

◦ 核心挑战：塑料瓶、桶等中空制品吹塑时，模具需快速冷却（从 200℃降至 60℃≤10 秒），否则会导致瓶口变形、瓶身壁厚不均。

◦ 定制方案：

▪ 采用活塞式冷水机（制冷量 20-100kW），响应速度快（冷量从 30% 升至 100%≤15 秒），水温 20±1℃；

▪ 模具采用多孔式水路（每平方厘米 1 个喷水孔），配合高压水泵（压力 0.6MPa），强化换热；

▪ 与吹塑机 PLC 联动，吹胀阶段自动增加冷却水量（150% 额定值），保压阶段维持稳定流量。

1. 泡沫塑料冷却

◦ 需求：EPS、EPE 泡沫塑料成型后需冷却至 50℃以下（避免后续收缩），冷却系统需适应发泡剂（如戊烷）的易燃易爆特性。

◦ 方案：

▪ 采用防爆型冷水机（Ex dⅡBT4），制冷量 30-150kW，冷却水路与发泡区域隔离（防止泄漏）；

▪ 冷却介质为乙二醇溶液（浓度 30%），避免低温冻结，管道采用无缝钢管（焊接连接）；

▪ 配备可燃气体探测器（检测戊烷浓度，0-100% LEL），超标时自动停机并启动排风。

三、运行管理与成本控制

（一）水质管理与设备维护

1. 循环水处理

◦ 开放式系统：添加缓蚀阻垢剂（如聚磷酸盐），控制 pH 值 7.5-8.5，总硬度≤300mg/L（以 CaCO₃计），每周检测一次；

◦ 封闭式系统：使用去离子水（电导率≤50μS/cm），添加防锈剂（如亚硝酸钠，浓度 2%-3%），每季度更换一次；

◦ 过滤装置：开放式系统配备毛发过滤器（精度 100μm）+ 自动反冲洗过滤器（精度 50μm），封闭式系统用精密过滤器（精度 20μm）。

1. 设备定期维护

◦ 每日：检查水温、压力、流量（偏差超 ±5% 时报警），清理过滤器杂物；

◦ 每月：清洗冷凝器（用高压水冲洗，压力 5-8MPa），检查皮带松紧度（挠度 10-15mm）；

◦ 每年：更换冷冻油（螺杆机每运行 8000 小时），校准温度传感器（精度 ±0.1℃），检测压缩机排气压力（不超过 1.8MPa）。

某塑料厂通过规范维护，冷水机故障率从每月 3 次降至 0.5 次，换热器清洗周期从 3 个月延长至 6 个月。

（二）节能运行与负荷匹配

1. 智能控制策略

◦ 变频调节：根据注塑机、挤出机的运行状态（如开合模、换料）自动调整压缩机转速（30-50Hz），部分负荷时节能 30%-40%；

◦ 多机组联动：多台冷水机并联运行，根据总冷量需求自动启停（如 3 台机组可实现 33%、67%、100% 负荷输出）；

◦ 某注塑车间应用后，单位产品冷却能耗从 0.8kWh/kg 降至 0.5kWh/kg，年节电 20 万度。

1. 余热回收利用

◦ 高温回水（50-60℃）：通过换热器加热车间供暖（冬季）或预热原料（如从室温 20℃升至 40℃）；

◦ 螺杆压缩机排气余热：回收后用于加热模具（替代电加热），尤其适用于需要模具升温的工艺（如 ABS 注塑）；

◦ 某挤出厂余热回收系统年节约电费 15 万元，投资回收期 1.5 年。

（三）故障应急与成本控制

1. 常见故障处理

◦ 水温偏高：检查冷凝器是否脏堵（清理）、制冷剂是否泄漏（补加）、压缩机效率是否下降（检修）；

◦ 流量不足：清洗过滤器（排除堵塞）、检查水泵叶轮（是否磨损）、排查管道泄漏（修复）；

◦ 压力异常：高压过高（清洗冷凝器、检查风扇），低压过低（排查泄漏、补充制冷剂）。

1. 成本优化措施

◦ 设备选型：根据最大负荷（含 10% 余量）选择机组，避免 “大马拉小车”（如 100kW 负荷选 110kW 机组而非 150kW）；

◦ 运行时间：避开用电高峰（如 8:00-22:00），利用谷段电价运行（节省电费 30%）；

◦ 定期审计：每季度统计单位产品冷却能耗，与行业标杆对比（如注塑行业标杆为 0.4kWh/kg），查找优化空间。

四、典型案例：大型塑料产业园冷却系统设计

（一）项目背景

某塑料产业园（含 20 家注塑厂、5 家挤出厂、3 家吹塑厂）需建设集中冷却系统，服务于 50 台注塑机（100-500 吨）、10 条挤出线、8 台吹塑机，要求系统总制冷量 5000kW，单位产品冷却能耗≤0.6kWh/kg，年运行时间 8000 小时。

（二）系统配置

1. 分区冷却架构：

◦ 注塑区：10 台 300kW 螺杆冷水机（8 用 2 备），供应 15±1℃冷却水，总循环水量 1000m³/h；

◦ 挤出区：4 台 200kW 风冷冷水机，服务管材、薄膜生产线，水温控制 20±1℃；

◦ 吹塑区：2 台 150kW 防爆冷水机，配套封闭式冷却塔，满足防爆要求。

1. 节能与管理设计：

◦ 全系统采用变频控制（水泵、压缩机均变频），根据实时负荷动态调整（响应时间≤30 秒）；

◦ 安装能源管理系统（EMS），记录各厂区能耗数据，按用量计费（促进节能）；

◦ 余热回收系统（回收 50-60℃回水热量），用于园区供暖和原料预热（年节约标准煤 1000 吨）。

（三）运行效果

• 生产效率：注塑成型周期平均缩短 10 秒 / 模，挤出线速度提升 5m/min，园区总产能提高 15%；

• 产品质量：塑件尺寸合格率从 92% 升至 98%，管材椭圆度控制在 0.5% 以内，客户投诉率下降 60%；

• 成本控制：单位产品冷却能耗降至 0.45kWh/kg，年节约电费 120 万元，投资回收期 2.5 年。

塑料行业的冷水机应用，是 “高效冷却” 与 “成本控制” 的有机结合，它不仅能缩短成型周期、提升产品质量，更能通过节能设计降低生产成本。随着塑料行业向精密化、轻量化、环保化发展，冷水机将向 “智能自适应控制、零碳排运行、耐腐蚀强化” 方向发展，如开发基于 AI 的负荷预测系统（提前调整冷量）、采用二氧化碳跨临界制冷技术（环保零 GWP）等。