造纸行业作为传承千年的基础性制造行业，其生产过程对温度的精准控制直接影响纸张的物理性能、生产效率和成品质量。从纸浆的蒸煮漂白，到纸机的成型干燥，再到成品的压光卷曲，每一个环节的温度管理都决定着纸张的强度、白度和平滑度 —— 数据显示，纸机烘缸温度偏差 1℃会导致纸张水分波动 ±0.5%，冷却不足会使纸张收缩率增加 1%，直接影响印刷适应性。冷水机作为造纸车间的核心温控设备，需在高湿度、多纤维的环境中，提供 5-35℃的宽域控温能力（精度 ±1℃），同时具备耐纸浆腐蚀、防纤维堵塞和连续运行的特性。造纸用冷水机的选型与运行，是平衡传统造纸工艺稳定性、生产效率与产品品质的核心环节，更是推动传统造纸行业向绿色化、高品质转型的重要支撑。

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

造纸工艺特性对温度波动极为敏感：

• 纸机网部需控制水温 25-30±1℃，温度过高会导致纤维脱水不良（纸张定量偏差≥2g/㎡），影响匀度；

• 烘缸冷凝水需冷却至 40-50±1℃，温差过大会导致真空度下降（干燥效率降低 5%），能耗增加；

• 压光机辊筒需维持温度 60-80±2℃，温度不当会导致纸张平滑度偏差（≥5s），印刷时出现网点扩大。

某文化用纸厂因烘缸冷凝水冷却不足（温度超 55℃），导致一批次双胶纸水分超标，印刷时出现套印不准，损失超 300 万元。

（二）耐腐防堵与连续运行能力

生产环境对设备构成严峻挑战：

• 冷却系统需耐受纸浆（pH 4.5-7.5）、漂白剂（含氯化合物）和废纸脱墨剂的侵蚀，金属部件需采用 316L 不锈钢（年腐蚀速率≤0.03mm）；

• 与冷却介质接触的管路需安装防纤维过滤器（精度 100μm），防止纸浆纤维、填料颗粒沉积堵塞流道；

• 密封件需选用耐化学腐蚀的氟橡胶（FKM），避免被化学品溶胀（溶胀率≤3%）导致泄漏，使用寿命≥10000 小时。

某包装纸厂因冷却器被纸浆纤维堵塞，导致纸机压榨部温度失控，一批次瓦楞原纸强度下降，降级损失超 200 万元。

（三）能效优化与负荷适配性

规模化生产要求设备极致稳定：

• 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）；

• 需支持负荷动态调节（30%-100%），适应不同纸种（文化纸 / 包装纸 / 特种纸）的冷却需求差异；

• 运行能效比（COP）需≥3.0，通过变频调节和余热回收，单位纸张冷却能耗≤40kWh / 吨。

二、不同造纸场景的定制化冷却方案

（一）制浆工段：蒸煮与漂白冷却

1. 纸浆蒸煮冷却系统

某制浆厂采用该方案后，纸浆裂断长提升 8%，蒸煮能耗下降 15%。

◦ 核心挑战：化学制浆蒸煮锅（温度 150-170℃）放锅后需快速冷却至 80℃以下，冷却过慢会导致纤维降解（裂断长下降 10%）。

◦ 定制方案：

▪ 采用螺杆式冷水机（制冷量 500-2000kW），为蒸煮放锅换热器供水，水温控制在 20±1℃，降温速率≥5℃/min；

▪ 冷却系统采用 “闪蒸 + 水冷” 复合设计，先通过闪蒸降压降温，再用冷水机深度冷却，节能 25%；

▪ 与蒸煮周期联动（4-6 小时 / 锅），提前 10 分钟预冷设备，确保放锅时冷却系统满负荷运行。

1. 漂白工序冷却系统

◦ 核心挑战：纸浆漂白段（含二氧化氯 / 双氧水）需控制温度 40-60±1℃，高温会导致漂白剂分解过快（利用率下降 20%）。

◦ 定制方案：

▪ 采用防腐型冷水机（316L 不锈钢换热器），制冷量 300-1200kW，为漂白塔夹套供水，控温精度 ±0.5℃；

▪ 冷却水路采用分区设计，不同漂白段（D/C/E 段）独立控温，温差≤1℃，确保白度均匀（偏差≤1% ISO）；

▪ 与漂白剂浓度监测联动，浓度下降时降低温度（每降低 0.5% 降 1℃），平衡漂白效果与纤维保护。

（二）抄纸工段：纸机与成型冷却

1. 纸机网部冷却系统

◦ 需求：纸机网部（车速 500-1200m/min）的成形辊和真空箱需冷却，温度过高会导致网布老化（寿命缩短 30%）和脱水不良。

◦ 方案：

▪ 采用高效冷水机（制冷量 800-3000kW），为网部喷淋和辊筒冷却供水，水温控制在 25±1℃，流量稳定性 ±1%；

▪ 冷却系统配备高压水泵（压力 1.0MPa），确保高速运行下喷淋均匀，网部横向温差≤2℃；

▪ 与纸机车速联动，车速每提升 100m/min 增加 10% 冷却水量，维持最佳脱水效率（干度≥20%）。

1. 压榨部冷却系统

◦ 需求：纸机压榨辊（线压 200-600kN/m）需冷却，温度需控制在 50-60±1℃，高温会导致纸张粘辊（断纸率上升 15%）。

◦ 方案：

▪ 采用水冷式冷水机（制冷量 500-2000kW），为压榨辊内部流道供水，水温控制精度 ±0.5℃；

▪ 辊筒水路采用螺旋式设计，确保表面温度均匀性≤±1℃，左右温差≤0.5℃；

▪ 与压榨压力联动，高压区（≥400kN/m）增加 20% 冷却流量，抵消摩擦生热增量，减少断头。

（三）干燥与后加工：烘缸与压光冷却

1. 烘缸冷凝水冷却系统

某文化纸厂采用该方案后，烘缸真空度提升 0.03MPa，干燥能耗下降 12%。

◦ 核心挑战：纸机烘缸（温度 100-130℃）排出的冷凝水需冷却至 40-50℃，高温会导致真空泵效率下降（真空度降低 0.02MPa）。

◦ 定制方案：

▪ 采用板式换热器冷水机（制冷量 1000-5000kW），为冷凝水闪蒸罐供水，水温控制在 30±1℃，换热效率≥90%；

▪ 冷却系统与烘缸蒸汽压力联动，压力升高时（蒸汽用量增加）自动提升冷却强度，维持冷凝水温度稳定；

▪ 配备余热回收装置，利用冷凝水余热加热厂区供暖和生活热水，年节约蒸汽消耗 20%。

1. 压光机冷却系统

◦ 需求：超级压光机辊筒（温度 60-100℃）需冷却，温度波动会导致纸张平滑度不均（偏差≥3s）和尺寸不稳定。

◦ 方案：

▪ 采用精密冷水机（制冷量 300-1500kW），为压光辊油冷系统供水，水温控制精度 ±0.5℃；

▪ 冷却系统采用 “油 - 水” 间接换热设计，油温波动≤±1℃，确保辊面温度均匀；

▪ 与纸张平滑度监测联动，根据检测数据微调各段冷却量，横向平滑度偏差控制在≤1s。

三、运行管理与维护策略

（一）防腐蚀与防堵塞管理

1. 材质选择与防护

◦ 制浆区：与漂白剂接触的部件采用钛合金（TA2），耐氯腐蚀性能优异，年腐蚀速率≤0.01mm；

◦ 抄纸区：与白水接触的管路采用 316L 不锈钢，内壁电解抛光（Ra≤0.8μm），减少纤维附着；

◦ 密封材料：选用全氟醚橡胶（FFKM），耐化学腐蚀范围 pH 1-14，在漂白环境下使用寿命延长 3 倍。

1. 系统清洁与过滤

◦ 多级过滤：主回路安装自清洁过滤器（精度 100μm）+ 自动反冲洗过滤器，纸机前加装纤维拦截器；

◦ 定期冲洗：每班清理过滤器截留的纤维杂质，每周用高压水反向冲洗换热器（压力 15-20MPa）；

◦ 化学清洗：每月用柠檬酸溶液（2% 浓度）循环清洗（去除钙镁垢），每季度用稀硝酸清洗（针对金属氧化物）。

某造纸企业通过精细化管理，冷却系统堵塞故障率从每月 2 次降至每季度 1 次，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：利用烘缸冷凝水和废气余热（100-130℃）加热制浆用水和车间供暖，年节约标煤 5000 吨；

◦ 某纸业集团应用后，冷水机年耗电量下降 300 万度，折合减少碳排放 1950 吨。

1. 工艺联动策略

◦ 智能群控：多台冷水机并联运行时，按总冷量需求智能启停（如 8 台机组实现 12%-100% 负荷调节）；

◦ 生产计划联动：通过 MES 系统获取纸种切换计划，提前 2 小时调整冷却参数，适应工艺变化；

◦ 数据监控：实时采集各环节温度、水分、能耗数据，生成单位纸张能耗报告，优化冷却参数。

（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%），检查过滤器压差和设备振动；

◦ 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；

◦ 季节维护：夏季前清洗冷凝器（提高散热效率 20%），冬季前检查防冻液浓度（冰点≤-20℃）。

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），纸机降低车速至 50%，启动网部应急喷淋；

◦ 管路堵塞：启用备用过滤回路，采用压缩空气反吹堵塞管路，严重时切换备用水路；

◦ 停电故障：启用柴油发电机（确保 5 分钟内供电），优先保障烘缸冷凝水和网部冷却系统运行。

四、典型案例：大型造纸厂冷却系统设计

（一）项目背景

某大型造纸企业（年产文化纸 50 万吨、包装纸 80 万吨）需建设综合冷却系统，服务于 5 条制浆线、8 台纸机及辅助设备，要求系统总制冷量 20000kW，控温精度 ±1℃，符合造纸行业能效标准。

（二）系统配置

1. 冷却架构

◦ 制浆区：10 台 1500kW 螺杆冷水机（8 用 2 备），为蒸煮漂白系统冷却，控温精度 ±1℃；

◦ 抄纸区：12 台 2000kW 高效冷水机，服务纸机网部和压榨部，总换热量 15000kW；

◦ 干燥后加工区：8 台 1000kW 精密冷水机，为烘缸冷凝水和压光机冷却，总循环水量 10000m³/h。

1. 安全与节能设计

◦ 全系统采用防腐蚀防堵塞设计（钛合金 / 316L 不锈钢 + 多级过滤），适应造纸多湿多纤维环境；

◦ 安装智能能源管理平台，实现余热回收（年回收热量 12 万 GJ）、变频调节和远程监控，综合节能率≥35%；

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

（三）运行效果

• 产品品质：纸张水分偏差控制在 ±0.3%，平滑度均匀性提升至 95%，印刷适应性评分提高 20%；

• 生产效率：纸机有效作业率从 85% 提升至 97%，断纸率下降 60%，吨纸能耗下降 15%；

• 成本效益：单位纸张冷却能耗降至 32kWh / 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 “传统造纸工艺” 与 “现代温控技术” 的深度融合，它不仅能保障纸张的强度、白度和尺寸稳定性，更能通过精准控温和余热回收实现节能降碳。随着造纸行业向绿色化、功能化发展（如生物质纤维纸、特种功能纸），冷水机将向 “更高精度控温（±0.5℃）、全流程防污染、零排放冷却” 方向发展。选择专业的造纸冷水机，是实现造纸行业高效、低碳、高品质生产的关键支撑。