製造、化學加工和油氣精煉等重工業應用使用冷卻水塔和其他設備來冷卻其運作中不可或缺的水。隨著環境法規和充滿挑戰的市場條件對這些行業提出了更高的要求，改進的冷卻技術不斷湧現，以幫助應對這些挑戰。
在石油和天然氣行業，許多目前正在使用的冷卻塔是作為原始煉油廠建設的一部分而建造的，它們的使用壽命很快就即將結束。為了滿足現代生產需求和行業要求，這些塔必須升級或更換為更有效率的產品，並且必須制定更好的長期維護計劃。
冷卻水塔操作和類型
冷卻水塔是專門的熱交換器，透過使水與空氣接觸來降低水的溫度。經過工業製程加熱的水經由管道泵送到冷卻塔。水通過噴嘴噴射到稱為填充物的傳熱材料組上，這減慢了通過冷卻塔的水流，並暴露出盡可能多的水面面積，以實現最大程度的空氣-水接觸。當水流過冷卻水塔時，它也會暴露在由電動馬達驅動的風扇吸入冷卻水塔的空氣中。
當水和空氣相遇時，少量的水會蒸發，產生冷卻作用。然後冷卻後的水被泵回製程設備，在那裡吸收熱量。然後將被泵回冷卻塔再次冷卻。
不同類型的冷卻水塔適合不同的工業冷卻需求。現場架設塔 (FEP) 是在現場建造的，專為大熱負荷而設計，旨在滿足特定應用的需求。
現場豎立的塔 非常適合電力和重工業用途，並且經常出現在煉油廠和化學加工廠。
工廠組裝的塔 (FAP) 在製造工廠以模組形式構建，然後以盡可能少的部件運送到加工廠進行最終組裝。工廠組裝的塔有多種冷卻能力和箱體尺寸，並且包括標準化的機械和結構部件。
對於煉油廠和化學加工廠，開路濕式冷卻水塔與管殼式或板框式熱交換器結合，提供了一種經濟的排熱方法。這些塔設計用於濕球溫度，並且可以將水冷卻到比其他一些技術更低的溫度。但是，煉油廠和加工廠也採用其他方法來實現冷卻。
風冷式熱交換器
如上所述的蒸發冷卻水塔使用傳熱填充來有效分配熱製程水並增加其表面積以實現更有效的冷卻。代價是許多填充類型需要相對乾淨的水才能有效運作。含有顆粒和碎片的低品質水會堵塞填充物並降低性能。
對於水稀缺、無法取得或昂貴的情況，氣冷式熱交換器是一種替代冷卻技術。風冷熱交換器用於處理石油天然氣和化學過程中常見的高熱負荷，不需要經常維護，並且不需要蒸發水來冷卻。
風冷式熱交換器僅使用氣流來冷卻管內的碳氫化合物產品和其他流體。來自工廠的熱工藝流體流過翅片管，同時冷卻空氣流過翅片管。風冷熱交換器非常適合高溫碳氫化合物應用。這些熱交換器被石油和天然氣行業採用，因為不需要水或水化學維護，而且它們不會產生蒸發塔的蒸氣羽流。然而，由於它們是針對乾球溫度設計的，因此無法將水或製程流體冷卻到與濕式冷卻水塔一樣低的溫度。
其他專用熱交換器（例如蒸發冷凝器和閉路流體冷卻器）也用於冷卻整個化工廠的製程和流體。
石油和天然氣面臨的挑戰
在石油和天然氣精煉廠中，工業設備通常裝有流動水以冷卻流體並吸收製程熱量。該設備會產生大量熱負荷，如果處理不當，可能會中斷操作。冷卻水塔用於冷卻製程用水以供再利用。塔必須能夠處理熱負荷以及行業特有的任何問題。該過程中的洩漏可能會導致碳氫化合物污染冷卻水，反之亦然。低品質的非飲用水通常用於冷卻工廠流程。滿足限制碳氫化合物、用水和漂移率的環境法規為工廠營運商帶來了挑戰。新的產業法規通常要求冷卻水塔將循環水流量的漂移率降低至 0.0005%，這在舊的蒸發冷卻水塔中很難實現。目前使用的許多冷卻水塔都無法滿足這些需求。
幾十年前，現場架設的塔樓普遍使用木造構件。這些冷卻水塔的使用壽命即將結束，會出現機械故障，需要進行非計劃性維護，幹擾生產並影響設施生產力。塔中的傳熱填充物也會隨著時間的推移而退化，被骯髒的冷卻水產生的廢物堵塞，並因碎片的重量而分解。
該行業很大一部分需要新塔和更好的長期維護計劃。 「許多現有的冷卻水塔要么已經老化，要么缺乏適當的維護，」克里斯蒂安電力設備公司總裁艾倫·克里斯蒂安說，該公司專門生產電力、製程和污染控制設備。 “這足夠重要，我將其稱為[行業]趨勢。”
更換舊塔
更換老化的木製冷卻水塔是一項具有挑戰性的任務。由於它們是生產過程中不可或缺的一部分，因此維護、修理和更換必須在短時間內完成。有些更換是一次一個冷卻單元進行，使工廠能夠繼續運作—這種做法被稱為線上施工。通常需要租用臨時冷卻設備。
為了應對更換後勤挑戰和高成本，冷卻水塔製造商提供現場安裝和工廠組裝的塔。煉油廠和化工廠可以使用針對特定項目和地點的模組化現場安裝塔或預組裝組合塔來替換舊的、老化的塔。
「許多這樣的煉油廠是在1950 年至1970 年期間建立的，當時最初的塔建成了。他們在[塔]周圍建造了煉油廠，」Hastik-Baymont Inc. 的銷售工程師Pam McLaughlin 說道，該公司是一家專門從事工程設計的公司。 「大多數地方，除非是新的基層煉油廠，否則沒有足夠的閒置空間來維修塔或在已建成的盆地上進行更換。只是沒有太多可用空間。
現場安裝的解決方案： 為了克服這些限制，一些製造商已經將逆流現場安裝塔的生產和現場組裝流程模組化。通常，與傳統的塔式施工方法相比，模組化冷卻水塔的安裝速度更快，所需的場地面積更少，同時提供相同的能力來應對大的熱負荷。模組化組件可以「及時」運送到施工現場，從而減少施工工期和人力需求。組裝製程安全，統一的工廠組裝模組確保產品品質一致。
工廠組裝塔注意事項： 工廠組裝的冷卻水塔是石油和天然氣應用的可行替代方案。它們提供快速交付和安裝以及更大的場地佈置靈活性。它們還可以縮短停機時間和生產時間損失。在擴展的情況下，可以添加額外的單元以提供更多的冷卻能力。專為製程應用而設計的工廠組裝冷卻水塔可採用逆流或橫流設計，並包括大規格、耐腐蝕結構部件和機械傳動系統，旨在提高可靠性和長使用壽命。
總之，隨著環境和市場需求對油氣煉油廠和化學加工廠帶來壓力，他們必須採取措施確保其設施和設備現代化、高效。舊的惡化的冷卻系統必須由新技術取代，新技術由耐用的材料和組件製成，由信譽良好的製造商提供支持，並由知識淵博的工程師和服務技術人員提供支援。冷卻系統還必須成為全面監控和維護計劃的一部分，以延長設備的盈利使用壽命，並在危機發生之前向工廠發出潛在問題的警報。
