1. 取長補短

有時候由于防腐，防沖刷、抗氫腐蝕等種種原因，設備中與介質接觸的金屬材料需要高合金或者有色金屬、特材，材料比較貴重。如果全部材料都采用高合金、特材，設備的造價將要高上天際。

聰明的工程師，采用取長補短，各取所需的方式來設計。

壓力高，設備厚，那么就用便宜的碳鋼、CrMo鋼來做基層，承受壓力。

介質特性苛刻，那就與介質接觸的材料采用一層薄薄的高合金、特材。兩種材料結合到一起，就能取長補短，既能獲得高的承壓能力，又與介質相容，非常具有經濟性。

在本文中，將探討在換熱器中正確應用覆層，包括設計、制造、檢驗和使用中的注意事項。2. 復合技術的優勢優勢1：耐腐蝕性覆層采用一層具有高耐腐蝕性的材料來直接解決腐蝕問題，降低了建造成本。對比常規筒體的覆層耐腐蝕，在換熱器管板中，更明顯。管板，管箱蓋一般是大鍛件，在管板的管程側堆焊或者采用一層復合層，是非常經濟的。優勢2：耐侵蝕性在某些工況下，局部腐蝕可能是一個嚴重問題。比如在換熱管入口區域，尤其在流動加速腐蝕 (FAC) 條件下尤為明顯。FAC是一種腐蝕機制，其中金屬表面上通常具有保護作用的氧化層在快速流動的水中溶解。底層金屬腐蝕并重新形成氧化物，因此金屬持續損失。FAC 的發生率取決于流速。FAC 通常會影響輸送超純、脫氧水或濕蒸汽的碳鋼管道。不銹鋼不會受到 FAC 的影響。當水中溶解少量氧氣時，碳鋼的 FAC 會停止。隨著水的pH 值增加，FAC 的發生率會迅速降低。在換熱管入口處使用插入套圈（Ferrules），可以減輕這些關鍵位置的 FAC 和腐蝕威脅。

優勢3：避免換熱管和管板之間的異種鋼焊接。換熱管與管板材料不同時，異種鋼焊接可能是一個問題。使用與換熱管匹配的材料堆焊/襯管板可以避免異種鋼焊接問題，包括焊接期間的熱應力、電化學腐蝕和質量保證。

優勢4. 避免在役換熱管封堵時進行焊后熱處理

需要進行焊后熱處理的材料制成的管板，例如：Cr-Mo 鋼。當在運行過程中，性能下降或者換熱管破損需要封堵換熱管時，其堵管的塞焊縫應進行焊后熱處理。因為焊接的高熱量輸入到厚管板，孔橋易受高熱應力的影響。通過在管板的管側表面施加復合層，可以將塞子焊接到覆層上，并且可以選擇與覆層材料相匹配的塞子材料，從而避免進行焊后熱處理。

優勢5. 抗氫擴散性

在臨氫工況中，覆層可減少氫向基材的擴散。雖然它不能消除氫擴散，但它是一種有效的緩解技術。用于防腐的不銹鋼覆層或類似覆層材料中的氫擴散率較低，導致覆層/堆焊與基材界面（結合線）處的有效氫分壓低于工藝給的值。這會導致覆層下方基材所受的有效氫分壓顯著降低。

優勢6. 抗氮化性能氮化是指某些合金在暴露于含有高濃度氮化合物的高溫工藝流（尤其在還原工況）時，表面會形成一層堅硬易碎的表層。鎳合金材料覆層可成功用于防止氮化。例如，在氨合成回路中的廢水冷卻器殼側上焊接覆層，有利于防止氮化和氫脆。3. 復合材料的加工復合板/復合鍛件常見有四種：

a) 熱軋復合

熱軋復合板是在鋼廠將鋼和耐腐蝕合金一起加熱并將它們作為一個整體軋制而成的。在高溫高壓下軋制，使兩種金屬復合在一起。一般軋制復合板的粘結剪切強度低。它是不銹鋼復合鋼板的主要生產方法。

熱軋復合占全球復合板產量的 90% 以上。b)爆炸復合爆炸復合利用爆炸的極短持續時間、高能量脈沖將兩個金屬表面粘合在一起，同時清除表面氧化膜并形成金屬粘合。它抵抗氫腐蝕能力強。c)堆焊復層堆焊復層是將耐腐蝕合金熔合沉積在鋼或合金鋼基材上。通常，堆焊復層是在壓力容器制造單位完成的。為了解決合金含量問題，必要時使用“黃油道"和過渡層合金化來克服合金的稀釋。d) 襯層對于工況不苛刻，壓力溫度較低的工況，也可以采用松襯的方式。

GB/T 151-2014，采用襯層需要注意如下事項。雙金屬換熱管雙金屬管由兩根不同材質的同心管組成，適用于殼體和管側具有不同耐腐蝕性的要求。尿素汽提塔中使用的雙金屬管就是一個例子，其外部為不銹鋼管，內部為鋯管，可抵抗高腐蝕性氨基甲酸酯。另一個例子是尿素汽提塔管中使用的Omega粘結管，由內部鋯管和外部鈦管制成。4. 換熱器規范中的復合要求在GB/T151-2014中，對于復合管板，強度脹覆層厚度大于等于10mm。管板脹焊并用，覆層厚度大于等于3mm。API660中規定，當管子僅進行脹管時，管板管側的覆層（包括堆焊）厚度不得小于10mm，當管子焊接到管板上時，管板管側面的覆層（包括堆焊）厚度不得小于5mm。在TEMA中，對于R級和B級，當管子脹接時，管板管側的公稱覆層厚度不得小于7.8mm，當管子焊接到管板上時，管側的公稱覆層厚度不得小于 3.2mm。殼側面的公稱覆層厚度不得小于9.5mm。在臨氫工況中，應特別考慮所需的有效覆層厚度，這可以降低有效氫分壓，從而消除氫侵蝕對母材金屬的風險。 換熱器設計時，耐腐蝕合金包覆層和焊接覆蓋層一般不被視為承壓材料。計算承壓部件厚度時，僅應考慮母材。

5. 結論管殼式熱交換器中的復合應用具有多種優勢，包括耐腐蝕和侵蝕、避免異種鋼焊縫以及抗氫擴散和氮化。復合應用技術多種多樣，例如熱軋復合、爆炸復合、堆焊覆層和襯層。在臨氫工況的應用需要特別小心，雙金屬管可用于具有各種耐腐蝕要求的場合。覆層厚度應提供所需足夠的化學成分并防止腐蝕性介質進入管板的基層。總體而言，復層應用是一種經濟有效的解決方案，可提高各種管殼式熱交換器的性能和使用壽命。