GB T 31481-2015 深冷容器用材料与气体的相容性判定导则.pdf

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1、,.,. ICS 23.020.40 A 82 中华人民共1.-. 于-国-曰.r:i一、at/，;:.唱唱和国国家标准GB/T 31481-2015/ISO 21010 :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) 2015-05-15发布2015-09-01实施jfZP飞. -=坦F勒前持白伪中华人民共和国国家质量监督检验检痊

2、总局中国国家标准化管理委员会发布-4 、GB/T 31481-2015/ISO 21010:2014 前本标准按照GB/T1.1-2009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z一一本标准中压力值的单位由b町换算为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x改为.J，并在表中给出了备注说明p一一根据附录B中给出的测试报告样表内容，调整了测试报告表B.1;一一图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E一一

3、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t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

4、设备制造有限公司。本标准主要起草人z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 4 GB/T 31481-2015/ISO 21010:2014 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

5、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。ISO 10297: 1999气瓶可重复充装的气瓶阀门技术要求与型式试验(Transportablegas cylin ders-Cylinder valves-Specification and type testing) ISO 23208 深冷容器深冷工况下的清洁要求(Cryogenicvessels一Cleanlinessfor cryogenic service) 3 材料与酷氧气以外气体的相害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

6、捞及氧工况时，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ISO11114-20 4 在氧工况下对材料的一艘要求4.1 在氧工况下对材料的评价4.1.1 一曲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。当能量输入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z-一材料的最低点燃温度p一一能使材料温度上升到点燃温度的能量源。在进行整个

7、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z一一材料特性z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); 一一材料所处的工况z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z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GB/T 31481-2015/囚021010:2014挠动等z一一反应对周围环境等产生的影响s一一其他因素z性能要求、原有使用经验、可行性和戚本。注z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4.0 MP

8、a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

9、属材料，应采用液氧进行试验F对于与富氧掖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2富氧液化空气会在一个标准大气压(1.01325 X 105 Pa)下，温度低于一191.3c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。持续或偶尔接触擅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

10、系统中偶尔发生被氧聚积的部位时，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%的氧氮混合探冷液体进行试验。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 一艘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.

11、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。4 GB/T 31481-2015/ISO 21010:2014 4.4.2.2 自撒试验(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。最高工作压力/MPa0.3 1.0 2.0 4.0 10.0 15.0 20.7 20.7-3

12、4.5 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 接受准则表1最低自娼温度最低自燃温度(SIT)/C 200 230 250 300 350 375 400 400 备注可进行补充试验见4.1)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 渡氧(LO蜀中的机械冲击试验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z一一试验材料表面状况与使用条件一致z试

13、验材料物理状态与实际使用状态一致(如固体、粉末等); 一一单位接触面积上的冲击能量不小于79J/cm2 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%的环境中与灼热的铀金丝接触时，不GB/T 31481-2015/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/

14、囚021010:2014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.l，材料的相容性应在使用前进行评价。表A.1 灌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低合金钢银钢奥民体不锈钢铜及铜合金铝及铝合金内容器、/、j移动容器 外壳、/、/内容器、J、/固定容器外壳、/阀门和安全防护装置、J、J柔性软管、/汽化器、J、J绝热系统、J注:带.J标记的项目，为选中项目。5 GB/T 31481-20 15/ISO 21010:2014 附录B规范性附录自娼试验(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

15、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110C/min，其他加热方式的升温速率一般不超过20C /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

16、于士2C。内部压力也需进行监测和记录，其精度应不低于土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/m3o 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20C/min左右，同时连续地记录温度和压力，直到试样发生自6 GB/T 31481-2015/囚021010:2014燃，或者达到400C，或者达到要求的更高温度。燃

17、烧反应发生时，温度和压力会发生突然上升。通过记录仪上显示的温度和压力值，可以判断材料的自燃温度。B.7 结果通过试验记录来确定3个参数z乱，T和P，如图B.2所示。其中zTi一一自燃温度FT一一自燃瞬间的温度增量EP一一自燃瞬间的压力增量。根据材料自燃温度的不同，可以对材料进行分类。温度增量T和压力增量A的大小，反映了燃烧反应的剧烈程度。说明z1一一试样$2一一氧气人口E点燃条件下不小于12.0MPa; 3一一压力传感器p4一一温度监测器$5 5一一加热元件=升温速率20C/min.可加热到500C. 圄B.1自娼试瞌的高压室3 4 7 GB/T 31481-2015/IS021010:201

18、4 Y T/C 1 400 300 -已达-20 100 40 60 80 说明g1一一时间对应的温度和压力变化32一一自燃温度下的压力s3一一压力峰值54一一温度峰值55一一自燃温度;X一一时间t(min)I Y一一温度T(C); Z一-力p(MPa)。圄B.2自燃试验一一温度和压力与时间的对应关系B.8 试验报告试验结果记录在报告单中。报告单样表见表B.L8 z p/!叫Pa2 10.0 5.0 n xA GB/T 31481-20 15/ISO 21010:2014 表B.1自蜡试验报告试验编号自燃试验日期1一试验单位2一试验材料材料用途使用工况温度/C压力/MPa成分形态、形状、外观/

19、 / . 生产商/ / 、/ 供应商、飞、 商品名试件质量Ig3一试验结果压力/MPa温度/C自燃温度下峰值t;,.p 自燃温度下峰值t;,.T 4一自燃温度/C5 备注报告签发9 GB/T 31481-2015月SO210 10 : 20 14 C.1 概述附录C规范性附录压力冲击试验本附录规定了测试非金属材料(固体、肢体或液体)在氧气、空气或含氧混合气体的压力冲击下发生反应的试验方法，用来确定非金属材料允许使用的最高工作压力，本试验模拟了非金属材料在实际使用中可能遇到的工况，如快速开闭阔门、设备或管道破裂等。本试验方法可应用于工作压力大于等于1.0MPa的工况。C.2 原理试验装置中设置了

20、反应容器、蓄氧容器、闽门及其连通管路。将少量的试验材料置于反应容器中，通过快开阀门引人高压氧气，使试验材料经受高压氧气的冲击。调节蓄氧容器的压力，使管子中的压力由初始压力扣上升到最终压力扣。升压过程应尽可能绝热。如观察到温度的陡然升高，就表明试验材料和氧气发生了反应。如果升压过程是绝热过程，温升将会更高。如果压力升到最终压力扣，未发现试样和氧气发生反应，此时的压力扣就可以作为材料允许使用的最高工作压力。C.3 试样制备固体材料试样应至少分割成6块，液体材料需涂敷在陶程纤维材料上。每次试验的试样总质量应为0.2gO.5 g. C.4 试验设备试验装置的基本结构示意图见图C.L试样放置在体积为15

21、cm3的铜管中(见图C.1，件10)。这根钢管作为反应容器，通过一根750mm 长的管子见图C.1，件9，外径14mm)和一个气动快开阀(见图C.1，件的连接到蓄氧容器上见图C.1，件7)。气动快开阔的开启速度应能保证在15ms20 ms内，使反应腔压力升高到试验值。用两个加热器(见图C.1，件的将蓄氧容器和反应容器加热到(60士3)c。一次压力冲击完成后，应通过排气阀(见图C.1，件的排气，将反应容器内压力降为大气压力。反应容器中试样的温度和蓄氧容器中氧气的温度通过热电偶(见图C.1，件5)来测量。压力通过压力传感器见图C.1，件3)来测量。压力和温度记录的精度要求分别为士0.2MPa和士2

22、C。试验设备，尤其是反应容器应能承受剧烈的内部反应。10 . F J GB/T 31481-2015/IS021010:2014 单位为毫米2 说明21一一氧气瓶;2一一进气阀z3 3一一压力传感器54一一加热器5一一热电偶zC.5 氧气纯度4 5 6 ., 8 6 快开阀p7 蓄氧容器38一一排气筒s9一一连接管外径14mm.内径11mm); 10一一反应容器.圄C.l压力冲击试验装置示意图试验用氧气纯度应不低于99.5%，碳氢化合物的含量应小于10mL/m3 C.6 试验步骤10 5 试验开始前，将蓄氧容器的压力调至本段试验设定的最终压力fJ选定的最高工作压力)。将装有试样的反应容器接到连

23、接管上。将反应容器和连接管内充满氧气，使其达到初始压力Pi通常为环境压力0.1MPa(绝压)J。将试样加热到试验温度(60士3)c后，将预热至(60土3)c的氧气通过快开阔在15ms20 ms内通人反应容器中。通过这种方式，低压氧气初始压力p)能以尽可能绝热的方式压缩到最终压力扣。保持扣压力15 s后，可将试验管子中的压力降到大气压力。连续地记录试样的温度和压力。如观察到温度的陡然升高(一般比无反应时的温度增量至少高出20 C)，就表明试样和氧气发生了反应。初次设定的压力条件下如果发生了反应，应立刻释放试验管中的压力。然后设定一个更小的压力进行试验。重设压力的梯度通常选择1.0MPa. 如果试

24、样和氧气没有发生反应，应对同一种试样进行不超过5次的重复试验进行验证。11 G/T 31481-2015/IS021010:2014 C.7 结果连续进行5次试验未发生反应的最大的试验压力扣，即可判定为该非金属材料允许使用的最大工作压力，试验结束。12 . , GB/T 31481-2015/IS021010:2014 参考文献lJ IS0 31-3:1992 Quantities and units-Part 3:Mechanics 2J IS0 11114-1: 1997 Transportable gas cylinders一Compatibilityof cylinder and va

25、lve mate rials with gas contents-Part 1: Metallic materials 3J IS0 11114-2:2000 Transportable gas cylinders-Compatibility of cylinder and valve mate rials with gas contents-Part 2 : Non-metallic materials 4J BS 4N 100-2: 1999 Aircraft oxygen systems and equipment. Tests for the compatibility of mate

26、rials in the presence of oxygen 5J ASTM G72-01 Standard Test Method for Autogenous Ignition Temperature of Liquids and Solids in a High-Pressure Oxygen-Enriched Environment 6J ASTM G74-01 Standard Test Method for Ignition Sensitivity of Materials to Gaseous Fluid lmpact 7J ASTM D2512-95(2002) Standa

27、rd Test Method for Compatibility of Materials with Liquid OxygenOmpact Sensitivity Threshold and Pass-Fail Techniques) 8J BAM test methods for spontaneous ignition temperature,LOX mechanical impact,and GOX pressure surge lmpact. 13 中华人民共和国国家标准深冷窑器用材料与气体的相害性判定导则GB/T 31481-2015/ISO 21010 ,2014 铸中国标准出版

28、社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号。00029)北京市西城区三里河北街16号(10004日网址总编室，(010)68533533发行中心，(010)51780238读者服务部，(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开本880X 1230 1/16 印张1.25字数28千字2015年5月第一版2015年5月第一次印刷* 书号，155066. 1-51724定价21.00元GB/T 31481一2015如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话，(010)68510107打印日期:2015年6月4日F002守FONOFOF NO的同由-ON-叮-的H阁。