玻璃制造行业的生产过程伴随着高温熔融（1500℃以上）、快速成型和精密退火等关键环节，从玻璃熔窑的冷却保护，到成型模具的温度控制，再到退火窑的降温调节，每一个环节的温度管理都直接影响玻璃的透明度、平整度和力学强度。冷水机作为关键温控设备，需在高温辐射（环境温度 50-60℃）、粉尘污染的工况下，提供 5-35℃的宽域控温能力（精度 ±1℃），同时具备耐高温冲击、抗腐蚀和稳定运行的特性。玻璃制造用冷水机的选型与运行，是平衡生产效率、产品品质与设备寿命的核心环节，更是推动玻璃制品向超薄化、精密化发展的重要支撑。

一、玻璃制造行业对冷水机的核心要求

（一）耐高温冲击与热负荷波动

玻璃高温特性对冷却系统提出极致要求：

• 玻璃熔窑胸墙冷却需承受 1500℃辐射热，冷却水温需控制在 35±2℃，热流密度达 100-200kW/m²，停水 5 分钟即可能导致窑体烧穿；

• 成型模具（如浮法锡槽）需维持 400-600±5℃，温度波动超过 ±10℃会导致玻璃成型缺陷（如波筋、气泡）；

• 退火窑冷却段需精准控制降温速率（5-10℃/min），速率偏差会导致玻璃内应力超标（破碎率增加 15%）。

某浮法玻璃厂因熔窑冷却系统故障，导致胸墙局部过热变形，被迫停窑维修 72 小时，直接损失超 500 万元。

（二）抗污染与防结垢能力

生产环境的特殊性对设备构成严峻挑战：

• 冷却系统需耐受玻璃粉尘（SiO₂颗粒，硬度 7 Mohs）的磨损，管路弯头需采用高铬铸铁材质，年磨损速率≤0.1mm；

• 与冷却水接触的部件需采用 316L 不锈钢或铜镍合金，防止高温下的电化学腐蚀（年腐蚀速率≤0.05mm）；

• 循环水需控制硬度≤50mg/L，避免在高温换热面形成水垢（热阻增加≤5%/ 年），影响冷却效率。

某光伏玻璃厂因冷却器结垢（厚度≥2mm），导致成型辊温度失控，玻璃平整度偏差从 0.1mm/m 增至 0.5mm/m，产品降级损失超 300 万元。

（三）高可靠性与连续运行保障

玻璃生产的连续性要求设备极致稳定：

• 冷水机组需支持 365 天连续运行（MTBF≥10000 小时），平均维修时间≤1 小时，避免生产线停窑（每小时损失≥10 万元）；

• 关键系统（如熔窑、成型区）需采用 N+1 冗余设计，单机组故障时切换时间≤10 秒，确保冷却不中断；

• 设备防护等级需达到 IP55 以上，能在粉尘浓度≥100mg/m³、相对湿度 90% 的环境中稳定运行。

二、不同玻璃制造场景的定制化冷却方案

（一）玻璃熔制：熔窑与加料设备冷却

1. 玻璃熔窑冷却系统

某浮法玻璃厂采用该方案后，熔窑耐火材料寿命从 3 年延长至 5 年，年减少大修成本 800 万元。

◦ 核心挑战：玻璃熔窑（池深 1-2m，温度 1500-1600℃）的胸墙、小炉和蓄热室需冷却，窑体表面温度需控制在≤300℃，高温会导致耐火材料剥落。

◦ 定制方案：

▪ 采用高压离心式冷水机（工作压力 1.2-1.6MPa），制冷量 1000-5000kW，为熔窑水套供水，水温控制在 35±1℃；

▪ 冷却水路采用双回路设计（主回路 + 应急回路），配备柴油发电机（确保停电时应急供水≥2 小时）；

▪ 水套采用蛇形盘管设计（贴近耐火材料表面 50-100mm），进出口温差控制在 8-10℃，避免局部过热。

1. 加料机冷却系统

◦ 核心挑战：玻璃加料机（螺旋或推杆式）在熔窑进料口工作时，受高温辐射影响温度升至 300-500℃，需冷却至 150±10℃，避免传动部件过热损坏。

◦ 定制方案：

▪ 采用涡旋式冷水机（制冷量 50-200kW），为加料机水冷套供水，水温控制在 25±1℃；

▪ 冷却水路采用耐高温软管（工作温度≤200℃），与加料机运动部件柔性连接；

▪ 系统配备温度联锁装置，加料机温度超 200℃时自动报警，超 250℃时强制停机保护。

（二）玻璃成型：模具与辊道冷却

1. 浮法锡槽冷却系统

◦ 需求：浮法玻璃锡槽（温度 1100-600℃）的槽底和侧边需冷却，槽底温度需控制在 200±5℃，高温会导致锡液渗漏和槽体变形。

◦ 方案：

▪ 采用螺杆式冷水机（制冷量 500-2000kW），为锡槽水冷管供水，水温控制在 30±1℃，水流速≥1.5m/s；

▪ 槽底冷却采用分区控制（头部 / 中部 / 尾部独立调节），确保纵向温差≤10℃；

▪ 与锡槽温度控制系统联动，根据玻璃厚度（2-19mm）自动调整冷却强度，薄玻璃降低冷却速率避免开裂。

1. 压延玻璃模具冷却系统

◦ 需求：压延玻璃模具（温度 800-1000℃）需冷却，模具表面温度需控制在 600±5℃，温差过大会导致玻璃图案模糊或成型不良。

◦ 方案：

▪ 采用高压水冷冷水机（工作压力 1.5-2.0MPa），制冷量 200-1000kW，为模具内部流道供水；

▪ 模具水路采用随形设计（距离表面 30-50mm），进出口温差≤5℃，确保温度均匀；

▪ 系统配备压力补偿装置，避免模具热胀冷缩导致的水路压力波动（偏差≤0.1MPa）。

（三）玻璃深加工：退火与镀膜冷却

1. 玻璃退火窑冷却系统

某汽车玻璃厂采用该方案后，玻璃自爆率从 3% 降至 0.5%，产品合格率提升至 99%。

◦ 核心挑战：玻璃退火窑需控制降温速率（5-10℃/min），冷却段温度需从 500℃降至 100℃以下，速率偏差会导致玻璃自爆率上升（≥5%）。

◦ 定制方案：

▪ 采用分段式冷却设计，每段配备独立冷水机组（制冷量 300-1500kW），控温精度 ±1℃；

▪ 冷却介质为软化水，通过翅片式换热器与窑内空气换热，避免直接接触玻璃导致的温差冲击；

▪ 与退火曲线联动，自动调节各段冷却强度，确保玻璃内应力≤20MPa（通过偏振光检测）。

1. 镀膜玻璃冷却系统

◦ 需求：真空镀膜玻璃的镀膜辊需冷却，温度控制在 100±2℃，高温会导致膜层附着力下降（脱落率≥3%）。

◦ 方案：

▪ 采用精密涡旋冷水机（制冷量 100-500kW），为镀膜辊内部流道供水，控温精度 ±0.5℃；

▪ 冷却水路采用双螺旋设计（增加换热面积 40%），确保辊面温度均匀性（温差≤1℃）；

▪ 系统配备在线红外测温仪，实时监测辊面温度，偏差超限时自动调整冷却水量。

三、运行管理与维护策略

（一）防磨损与水质控制

1. 材质选择与防护

◦ 高温区域：熔窑冷却采用 316L 不锈钢管道 + 铜镍合金换热器，耐受高温氧化和氯离子腐蚀；

◦ 磨损区域：在管路弯头、水泵入口等部位采用高铬铸铁（Cr26）或陶瓷内衬，延长寿命 3-5 倍；

◦ 密封材料：选用耐高温硅橡胶（工作温度 - 60℃至 200℃）或氟橡胶，避免高温老化导致的泄漏。

1. 水质处理方案

◦ 循环水标准：采用软化水（硬度≤50mg/L），添加阻垢剂（如聚磷酸盐）和缓蚀剂，pH 值控制在 8.0-9.0；

◦ 过滤系统：总进水口安装自清洁过滤器（精度 100μm）+ 磁性分离器，拦截玻璃粉尘和铁磁性杂质；

◦ 定期清洗：每 3 个月用高压水冲洗换热器（压力 10-15MPa），每 6 个月进行化学清洗（柠檬酸 + 缓蚀剂）。

某玻璃集团通过精准水质管理，冷却系统换热器清洁度维持在 90% 以上，换热效率下降率≤3%/ 年。

（二）高温环境适应与能效优化

1. 设备散热强化

◦ 高温安装：冷水机放置在通风良好的独立机房，配备强制通风系统（换气次数≥15 次 /h），环境温度控制在≤40℃；

◦ 隔热措施：高温管道采用硅酸铝保温（厚度≥50mm），表面温度控制在≤50℃，减少冷量损失；

◦ 冷凝器优化：采用蒸发式冷凝器替代传统冷却塔，在高温环境下制冷量提升 15%-20%，节水 60%。

1. 节能运行策略

◦ 变频控制：根据熔窑负荷、玻璃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：利用熔窑冷却回水（60-80℃）加热厂区供暖或生活用水，年节约标准煤 5000 吨；

◦ 某玻璃厂应用后，冷水机年耗电量下降 150 万度，折合减少碳排放 1000 吨。

（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%），监听设备运行声音，检查有无泄漏；

◦ 定期保养：每运行 1000 小时更换过滤器滤芯，每 2000 小时更换冷冻油和干燥过滤器；

◦ 年度检修：进行压缩机性能测试、压力试验（1.5 倍工作压力）和电气安全测试（接地电阻≤1Ω）。

1. 应急处理预案

◦ 冷却中断：立即启动备用冷水机和应急水泵（切换时间≤10 秒），同时降低熔窑投料量（降至 50%）；

◦ 管路泄漏：采用带压堵漏技术临时处理，隔离故障回路，启用备用回路维持核心冷却；

◦ 停电故障：启动柴油发电机（确保 30 秒内供电），优先保障熔窑和成型区冷却系统运行。

四、典型案例：大型浮法玻璃厂冷却系统设计

（一）项目背景

某大型浮法玻璃厂（年产优质浮法玻璃 600 万重量箱）需建设综合冷却系统，服务于 2 座玻璃熔窑、4 条成型生产线及 2 条深加工线，要求系统总制冷量 10000kW，控温精度 ±1℃，年运行时间 8000 小时。

（二）系统配置

1. 冷却架构：

◦ 熔窑区：4 台 2000kW 高压离心冷水机（3 用 1 备），为熔窑和加料机冷却，水温控制 35±1℃；

◦ 成型区：6 台 1000kW 螺杆冷水机，服务锡槽和压延模具，控温精度 ±1℃；

◦ 深加工区：3 台 500kW 精密冷水机，为退火窑和镀膜设备冷却，总循环水量 5000m³/h。

1. 安全与节能设计：

◦ 全系统采用 N+1 冗余设计，关键设备具备应急冷却功能，确保单机组故障不影响生产；

◦ 安装智能能源管理平台，实现负荷动态调节、余热回收和远程监控，综合节能率≥25%；

◦ 高温管路采用防烫保温和安全警示，电气系统防护等级 IP55，适应玻璃车间环境。

（三）运行效果

• 产品品质：玻璃平整度偏差≤0.1mm/m，透光率提升 2%，内应力合格率达 100%；

• 设备寿命：熔窑耐火材料寿命延长至 5 年，成型模具更换周期延长 1 倍；

• 成本效益：单位玻璃冷却能耗降至 80kWh / 重量箱，年节约电费 600 万元，投资回收期 4 年。

玻璃制造行业的冷水机应用，是 “高温散热” 与 “精准控温” 的完美结合，它不仅能保障玻璃生产的稳定运行和产品品质，更能通过节能设计降低生产成本。随着玻璃技术向超薄化（0.1mm 以下）、功能化（光伏玻璃、显示玻璃）发展，冷水机将向 “更高压力（≥2.5MPa）、智能热流预测、零排放冷却” 方向发展。选择专业的玻璃制造冷水机，是实现高效、高品质玻璃生产的关键支撑。