ICS 23.020.40 A 82
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T31481—2015/ISO21010:2014
深冷容器用材料与气体的相容性判定导则
Guidance for gas/materials compatibility of cryogenic vessels
(ISO 21010:2014,Cryogenic vessels-Gas/materials compatibility,IDT)
2015-09-01实施
2015-05-15发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T31481—2015/ISO21010:2014
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用ISO21010:2014《深冷容器 气体与材料的相容性》。 本标准与ISO21010：2014相比，做了下列的编辑性修改：
-本标准中压力值的单位由bar换算为MPa； -附录A中，补充了“液氧工况中常用的金属材料见表A.1”的引导语，表A.1中选中的标志由 “×”改为“√”，并在表中给出了备注说明； -根据附录B中给出的测试报告样表内容，调整了测试报告表B.1；
-
图B.2中，件号2（自然温度下的压力值)对应的虚线改为延伸至Z轴上；因原标准中有误，将C.4中件11改为件9，且由内径14mm修改为外径14mm；图C.1中，件号9（连接管）明确为外径14mm、内径11mm，同时删除件号11及其相关内容。
本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会（SAC/TC262)提出并归口。 本标准起草单位：上海市气体工业协会、华东理工大学、中国特种设备检测研究院、国家石油钻采炼
化设备质量监督检验中心、液化空气（中国)投资有限公司、杭州富士达特种材料有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研究院张家港分院、常州博朗低温设备有限公司、中集安瑞科投资控股(深圳)有限公司、上海市特种设备监督检验技术研究院、上海华谊集团装备工程有限公司、南通中集罐式储运设备制造有限公司。
本标准主要起草人：滕俊华、章兰珠、陈朝晖、周伟明、陈勤俭、应建明、张玉福、何华、童礼华、刘春峰朱燕梅、汤晓英、宋斌杰、魏勇彪。
I GB/T31481—2015/ISO21010:2014
深冷容器用材料与气体的相容性判定导则
1范围
本标准规定了深冷容器用材料与气体的相容性要求，但不包括在低温工况下的机械性能要求本标准规定了材料与气体相容性判定的一般原则、材料与纯氧或富氧环境相容性的具体要求以及
深冷容器及其附属设备用金属和非金属材料与氧相容性的试验方法。
本标准主要适用于冷冻液化气体介质环境中以及可能与冷冻液化气体接触的材料。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO10297：1999气瓶可重复充装的气瓶阀门技术要求与型式试验（Transportablegascylin ders—Cylinder valves-Specification and type testing)
ISO23208深冷容器深冷工况下的清洁要求（Cryogenicvessels—一Cleanlinessforcryogenic service)
3材料与除氧气以外气体的相容性
深冷容器应用的温度范围从环境温度直至可能达到的最低温度。不涉及氧工况时，在常温下通常需考虑的腐蚀和氢脆等相容性问题，在深冷工况下一般可以忽略。
深冷容器中的材料与除氧气以外气体的相容性，可以参考ISO11114-1和ISO11114-2。
4在氧工况下对材料的一般要求
4.1在氧工况下对材料的评价 4.1.1一般要求
纯氧或富氧环境中的材料的选择，应根据导致氧和材料发生反应的条件进行。在没有点燃能量来源时，大部分材料与氧接触并不会发生燃烧反应。当能量输人并转化成热量的速度大于能量耗散速度时，累积的热量持续增加，将导致材料被点燃和燃烧。因此，材料是否会被点燃和燃烧取决于如下两要素：
材料的最低点燃温度；能使材料温度上升到点燃温度的能量源。
在进行整个系统设计时，应针对上述两个要素，对下列特定因素进行重点考虑：一材料特性：包括使可燃性提高的因素和使潜在的破坏性结果发生的条件（反应热）；一—材料所处的工况：压力、温度、气体流速、氧的浓度和氧的状态（气态或液态）以及按ISO23208
定义的表面污染情况；
一一潜在点燃源：摩擦、压缩热、质量撞击产生的热量、颗粒撞击产生的热量、静电、电弧、共振、内部
1 GB/T314812015/IS021010:2014
挠动等；一反应对周围环境等产生的影响；一其他因素：性能要求、原有使用经验、可行性和成本。
注：本标准规定了材料在纯氧或富氧工况下使用时需满足的最低要求。材料在恶劣工况或者操作压力大于
4.0MPa的工况下使用时，还应增加其他特殊的试验。
4.1.2绝热系统的评价
深冷容器中可能与纯氧或富氧液化空气接触的绝热系统材料应按4.4.4的规定进行试验。如果材料试样通过了4.4.3规定的试验，则无需再进行4.4.4规定的试验。 4.2金属材料的评价
深冷容器制造中常用的金属材料一般都与氧相容。附录A列出了适用于液氧工况的金属材料。 较薄的材料遇到高点燃能量（如泵失效）时，则可能发生燃烧或者剧烈反应。厚度小于0.1mm的
材料应按4.4.3的要求，在尽可能接近实际工况的条件下进行试验。当材料应用于潜在点燃能量较高的场合时，还应进行特殊考虑。
当按照4.4.3的规定进行试验时，对于与液氧接触的深冷容器用金属材料，应采用液氧进行试验；对于与富氧液化空气接触的金属材料，且存在潜在点燃源的风险时，应采用氧浓度不低于50%的氧氮混合深冷液体进行试验。
注：富氧液化空气会在一个标准大气压(1.01325×105Pa)下，温度低于一191.3℃的材料表面上产生。下同。 4.3非金属材料的评价
非金属材料如塑料、橡胶、润滑剂、陶瓷、玻璃和粘合剂等，其中与氧接触时具有高的点燃风险的，应尽量避免使用或者谨慎选用。
对于陶瓷、玻璃等完全氧化的非金属材料，在未被污染的情况下不存在点燃风险。 持续或偶尔接触液氧介质的易燃非金属材料，在有潜在点燃源风险存在的场合使用时，应按4.4.2
和4.4.3的规定进行试验。材料应用于系统中偶尔发生液氧聚积的部位时，也应考虑进行相应的材料试验。
当按照4.4.3的规定进行试验时，对于与液氧接触的深冷容器用非金属材料，应采用液氧进行试验；对于与富氧液化空气接触的非金属材料，且存在潜在点燃源的风险时，应当采用氧浓度不低于50% 的氧氮混合深冷液体进行试验。
持续或偶尔与氧气介质接触的易燃非金属材料，在有潜在点燃源风险存在的场合使用时，应按4.4.2 的规定进行试验。材料应用于系统中偶尔发生氧气聚积的部位中时，也应考虑进行相应的材料试验， 4.4试验方法和接受准则 4.4.1一般要求
通常用材料名称和制造商名称对每种待试验的材料进行明确标识。 4.4.2点燃试验 4.4.2.1判定原则
4.4.2.2和4.4.2.3规定了两种可选的试验方法。当材料不满足4.4.2.2和4.4.2.3的要求时，只要按照其实际使用状态（如阀门密封材料，需对整个阀门或代表性组件进行试验），通过了ISO10297：1999 中5.3.8规定的“氧气压力冲击试验”，则也可采用。
2 GB/T314812015/ISO21010:2014
4.4.2.2 自燃试验（爆炸试验） 4.4.2.2.1 试验步骤
试验步骤见附录B。 4.4.2.2.2 接受准则
按4.4.2.2.1规定的方法测得的自燃温度应不低于表1的规定值。
表1最低自燃温度最低自燃温度（SIT)/℃
备注
最高工作压力/MPa
200 230 250 300 350 375 400 400
0.3 1.0 2.0 4.0 10.0 15.0 20.7 20.7~34.5
可进行补充试验（见4.1)
注：中间数值可用线性插补法确定。
4.4.2.3 压力冲击试验 4.4.2.3.1 试验步骤
试验步骤见附录C。 4.4.2.3.2 接受准则
在设定的最高工作压力下连续进行5次压力冲击试验，不应有反应现象发生。 4.4.3液氧(LOX)中的机械冲击试验 4.4.3.1 试验步骤
机械冲击试验应在大气压力下和液氧环境中，按照参考文献[4]～[8]规定的方法进行。上述参考文献中列举了首选的试验设备，具体要求仅供参考。试验应在下列条件下进行：
一试验材料表面状况与使用条件一致；试验材料物理状态与实际使用状态一致（如固体、粉末等）； -单位接触面积上的冲击能量不小于79J/cm。
-
4.4.3.2 接受准则
连续进行10次试验，不应有点燃或灼焦等反应现象发生。 4.4.4 绝热材料试验
绝热材料的代表性试样，在压力为0.1MPa、氧气浓度为100%的环境中与灼热的铂金丝接触时，不
3 GB/T 314812015/ISO 21010:2014
应持续燃烧。
绝热材料的代表性试样应与放置在容器中的绝热材料一致，并进行全厚度的试验。 4.5可替代的接受准则
如果材料在深冷容器的相应工况中已有长期安全使用的文件证明或者具有支持性的风险评估报告，也可选用。
4 GB/T 31481—2015/ISO21010:2014
附录A （资料性附录）
液氧工况中常用的金属材料
液氧工况中常用的金属材料见表A.1，材料的相容性应在使用前进行评价。
表A.1 液氧工况中常用的金属材料
常用金属材料
深冷容器及相关设备
镍钢 奥氏体不锈钢 铜及铜合金 铝及铝合金
低合金钢
内容器外壳内容器外壳
V V 1
移动容器
V
V
固定容器
V
阀门和安全防护装置
V V V
V
柔性软管汽化器绝热系统
V V
注：带“/”标记的项目，为选中项目。
5 GB/T31481—2015/ISO21010:2014
附录B （规范性附录）
自燃试验（爆炸试验）
B.1概述
本附录规定了非金属材料在加压氧气中测定自燃温度的试验方法。 自燃温度是对材料进行比较和分类的依据。对用于加压氧气中的材料，自燃温度也是选材的依据
之一。
B.2原理
少量的试验材料在加压氧气中进行缓慢加热。连续地记录压力和温度的变化，根据温度和压力的突然上升来判断材料的自燃点。
B.3试件制备
试件制备时应防止污染。 试件可以是液体，也可以是固体。固体材料试件应至少被分割成6块。每次试验中试件的总质量
应不少于60mg。
B.4试验设备
试验设备的基本原理图见图B.1。.如果选用感应加热炉进行加热，升温速率能够达110℃/min，其他加热方式的升温速率一般不超过20℃/min。
热电偶应装在套管中，安放在尽可能靠近试件的位置，通过连通记录仪来监测温度变化。温度监测和记录的精度应不低于士2℃。
内部压力也需进行监测和记录，其精度应不低于士0.2MPa。 试验设备，特别是高压室，应能承受剧烈反应（如爆炸)所产生的压力。
B.5纯度
试验用气体的氧纯度应不低于99.5%，碳氢化合物的含量应小于10mL/m。
B.6试验步骤
试样装人试件腔后，放进高压室中。将上次试验残余在高压室内的气体和燃烧产物吹扫干净后，密闭高压室。然后，以较小的初始压力通入氧气，使其点燃时的压力不小于12.0MPa。
调整加热功率使升温速率控制在20℃/min左右，同时连续地记录温度和压力，直到试样发生自 6