ISO 11114 系列标准概述

各部分标准核心内容解读

▍ISO 11114-1: 金属材料相容性规范

目标

建立金属气瓶及阀门材料与气体内容物的安全组合标准，覆盖单一气体及混合气体。

适用材料

碳钢、铬钼钢、不锈钢、铝合金等，明确不同材料在干燥 / 潮湿环境、氧化 / 腐蚀性气体中的适用性。

关键风险

重点关注腐蚀（如湿态下的应力腐蚀）、氢脆、危险产物生成（如乙炔与铜合金反应生成爆炸性乙炔化物）及剧烈反应（如氧气与可燃金属的引燃风险）。

兼容性评估体系

采用 "A（可接受）" 和 "N（不可接受）" 分级，结合 UN 气体编号与材料类型形成兼容性表格（如 Table 1）。

氢脆控制

对于氢脆敏感气体（如氢气、硫化氢），规定淬火回火钢（QTS）的抗拉强度上限为 950MPa，避免材料在高压下发生脆性断裂。

混合气体特殊要求

当混合气体中某组分气体分压超过阈值（如氢气分压 > 5MPa）时，需按单一气体最高风险等级评估。

乙炔气瓶

明确要求阀门材料铜含量 < 65%，避免生成爆炸性乙炔铜。

氨气瓶

禁止使用黄铜阀门，防止氨引起的应力腐蚀开裂。

含湿气体

如二氧化碳在潮湿环境中对碳钢有腐蚀风险，需选用不锈钢或铝合金气瓶。

▍ISO 11114-2: 非金属材料相容性规范

目标

指导气瓶及阀门用非金属材料（如密封件、润滑剂）与气体的相容性评估，覆盖塑料、弹性体、流体润滑剂等。

特殊风险

重点关注非金属材料在氧化环境中的剧烈反应（燃烧）、溶胀、重量损失及机械性能变化。

兼容性风险分类

F（剧烈反应）

如氧气与大多数非金属材料的氧化燃烧风险，需通过 ISO 11114-3 自燃试验验证。

W（重量损失）

溶剂萃取导致弹性体增塑剂流失，引起密封件收缩失效。

S（溶胀）

碳氢化合物气体对橡胶的溶胀作用，影响密封性能。

M（机械性能变化）

如低温下氟橡胶（FKM）的硬化脆化。

氧气服务特殊要求

用于氧气或富氧环境的非金属材料需通过自燃温度测试，PTFE 和 FKM 因阻燃性较好被优先推荐。

阀门密封件

氧气环境优先选用 PTFE 或 FKM 材质 O 型圈，禁止使用丁腈橡胶（NBR）。

润滑剂选择

氧化性气体阀门需使用氟碳润滑剂（FC），避免 hydrocarbon 润滑剂引发燃烧。

低温场景

-50℃以下需谨慎使用 FKM，可选用甲基乙烯硅橡胶（VMQ）。

▍ISO 11114-3: 非金属材料氧气自燃试验

核心目标

测定非金属材料在加压氧气中的自燃温度（AIT），作为材料在氧气环境中安全性的关键指标。

试验原理

将材料样品置于加压氧气环境中，以恒定速率升温，记录温度与压力突变点（自燃发生时温度 / 压力骤升），该点即为自燃温度。

2. 试验方法与装置

样品制备

固体样品需粉碎至细颗粒状，质量 0.06-0.5g，液体样品可直接使用。

装置要求

反应 chamber 需耐高压（推荐初始压力 100bar），配备精度 ±2℃的热电偶和 1% 满量程精度的压力传感器（如图 1 所示）。

关键参数

加热速率 5-20℃/min，氧气纯度≥99.5%，烃类含量≤100ppm。

3. 试验数据应用

材料分级

自燃温度越高，材料在氧气环境中越安全。例如，PTFE 的 AIT 通常高于 500℃，而普通橡胶可能低于 200℃。

设计参考

用于高压氧气设备的非金属部件（如密封件），其 AIT 需高于最高工作温度至少 100℃

▍ISO 11114-4: 金属抗氢脆试验方法

核心目标

评估金属材料（尤其是钢材）在氢气及其他氢脆气体中的抗脆化能力，防止气瓶因氢脆导致爆裂。

背景

压缩氢气或含氢气体易使钢材产生氢脆，历史上曾导致多起气瓶破裂事故，标准通过限定材料强度与测试方法降低风险。

2. 主要试验方法

方法 A：圆盘试验（Disc test）

原理：对圆盘状样品施加递增的氢气 / 氦气压力至破裂，通过氢破裂压力（P_H2）与氦破裂压力（P_He）的比值（氢脆指数 P_He/P_H2）评估脆化程度，比值越低，抗氢脆性能越好。

样品要求：直径 58mm，厚度 0.75mm，表面粗糙度 Ra<0.001mm。

方法 B：断裂力学试验（Fracture mechanic test）

测定材料的氢致开裂阈值应力强度因子（K1H），评估裂纹在氢环境中的扩展风险。

方法 C：钢瓶抗氢致开裂试验

针对实际钢瓶的全尺寸试验，验证材料在氢环境下的整体安全性。

3. 材料选择指南

免测试材料

淬火回火钢（如 34CrMo4）抗拉强度≤950MPa 时，可直接用于氢气气瓶，无需额外测试。

高强度钢

抗拉强度 > 950MPa 的钢材需通过方法 A/B/C 验证抗氢脆性能，且硫、磷含量分别≤0.005% 和 0.010%。

标准应用实践与行业影响1. 气瓶设计与制造中的合规应用

确定目标气体 UN 编号及特性（如氧化性、腐蚀性、氢脆风险）；

参考 ISO 11114-1/2 的兼容性表格，筛选 "可接受" 材料；

对氢脆敏感气体（如氢气），按 ISO 11114-4 验证钢材抗脆化性能；

对氧气环境非金属部件，按 ISO 11114-3 测试自燃温度。

氢气气瓶：选用淬火回火钢（R_m≤950MPa），并通过 ISO 11114-4 方法 A 验证氢脆指数；

医用氧气瓶：阀门密封件必须使用 PTFE，并通过 ISO 11114-3 测试确认 AIT>500℃。

UN 运输规范对接

ISO 11114 系列标准已提交联合国危险货物运输专家委员会，其兼容性要求被纳入《联合国关于危险货物运输的建议书》，成为全球气瓶贸易的技术壁垒。

欧盟 / 北美市场准入

欧盟 TPED（可运输压力设备指令）和美国 DOT（运输部）法规均引用 ISO 11114 系列标准，未符合要求的气瓶将无法进入主流市场。

氢能储运新需求

随着氢能源发展，高压氢气（如 70MPa）对钢材抗氢脆性能提出更高要求，ISO 11114-4 正在修订以纳入更高压力场景的测试方法。

复合材料应用

碳纤维复合材料气瓶的内衬与密封件兼容性评估缺乏明确标准，ISO/TC 58 计划扩展 ISO 11114-2 以覆盖复合材料体系。

结语：安全始于材料，规范引领未来

ISO 11114 系列标准通过系统化的材料兼容性框架，为气瓶行业构筑了从材料选型到性能验证的完整安全链条。对于制造商，严格遵循标准可避免因材料不相容导致的泄漏、爆炸等事故；对于用户，依据标准选择气瓶可确保气体储存运输的全周期安全。随着新能源气体（如氢气、甲烷）储运需求的激增，该系列标准将持续更新迭代，成为全球气体安全领域的技术基石。

如需获取标准全文或具体材料兼容性数据，可通过 ISO 官方渠道查询，或联系专业技术机构进行定制化测试评估。安全无小事，材料兼容性管理永远是气瓶行业的核心课题。