ISO 11114 系列標準概述

各部分標準核心內容解讀

▍ISO 11114-1: 金屬材料相容性規范

目標

建立金屬氣瓶及閥門材料與氣體內容物的安全組合標準，覆蓋單一氣體及混合氣體。

適用材料

碳鋼、鉻鉬鋼、不銹鋼、鋁合金等，明確不同材料在干燥 / 潮濕環境、氧化 / 腐蝕性氣體中的適用性。

關鍵風險

重點關注腐蝕（如濕態下的應力腐蝕）、氫脆、危險產物生成（如乙炔與銅合金反應生成爆炸性乙炔化物）及劇烈反應（如氧氣與可燃金屬的引燃風險）。

兼容性評估體系

采用 "A（可接受）" 和 "N（不可接受）" 分級，結合 UN 氣體編號與材料類型形成兼容性表格（如 Table 1）。

氫脆控制

對于氫脆敏感氣體（如氫氣、硫化氫），規定淬火回火鋼（QTS）的抗拉強度上限為 950MPa，避免材料在高壓下發生脆性斷裂。

混合氣體特殊要求

當混合氣體中某組分氣體分壓超過閾值（如氫氣分壓 > 5MPa）時，需按單一氣體最高風險等級評估。

乙炔氣瓶

明確要求閥門材料銅含量 < 65%，避免生成爆炸性乙炔銅。

氨氣瓶

禁止使用黃銅閥門，防止氨引起的應力腐蝕開裂。

含濕氣體

如二氧化碳在潮濕環境中對碳鋼有腐蝕風險，需選用不銹鋼或鋁合金氣瓶。

▍ISO 11114-2: 非金屬材料相容性規范

目標

指導氣瓶及閥門用非金屬材料（如密封件、潤滑劑）與氣體的相容性評估，覆蓋塑料、彈性體、流體潤滑劑等。

特殊風險

重點關注非金屬材料在氧化環境中的劇烈反應（燃燒）、溶脹、重量損失及機械性能變化。

兼容性風險分類

F（劇烈反應）

如氧氣與大多數非金屬材料的氧化燃燒風險，需通過 ISO 11114-3 自燃試驗驗證。

W（重量損失）

溶劑萃取導致彈性體增塑劑流失，引起密封件收縮失效。

S（溶脹）

碳氫化合物氣體對橡膠的溶脹作用，影響密封性能。

M（機械性能變化）

如低溫下氟橡膠（FKM）的硬化脆化。

氧氣服務特殊要求

用于氧氣或富氧環境的非金屬材料需通過自燃溫度測試，PTFE 和 FKM 因阻燃性較好被優先推薦。

閥門密封件

氧氣環境優先選用 PTFE 或 FKM 材質 O 型圈，禁止使用丁腈橡膠（NBR）。

潤滑劑選擇

氧化性氣體閥門需使用氟碳潤滑劑（FC），避免 hydrocarbon 潤滑劑引發燃燒。

低溫場景

-50℃以下需謹慎使用 FKM，可選用甲基乙烯硅橡膠（VMQ）。

▍ISO 11114-3: 非金屬材料氧氣自燃試驗

核心目標

測定非金屬材料在加壓氧氣中的自燃溫度（AIT），作為材料在氧氣環境中安全性的關鍵指標。

試驗原理

將材料樣品置于加壓氧氣環境中，以恒定速率升溫，記錄溫度與壓力突變點（自燃發生時溫度 / 壓力驟升），該點即為自燃溫度。

2. 試驗方法與裝置

樣品制備

固體樣品需粉碎至細顆粒狀，質量 0.06-0.5g，液體樣品可直接使用。

裝置要求

反應 chamber 需耐高壓（推薦初始壓力 100bar），配備精度 ±2℃的熱電偶和 1% 滿量程精度的壓力傳感器（如圖 1 所示）。

關鍵參數

加熱速率 5-20℃/min，氧氣純度≥99.5%，烴類含量≤100ppm。

3. 試驗數據應用

材料分級

自燃溫度越高，材料在氧氣環境中越安全。例如，PTFE 的 AIT 通常高于 500℃，而普通橡膠可能低于 200℃。

設計參考

用于高壓氧氣設備的非金屬部件（如密封件），其 AIT 需高于最高工作溫度至少 100℃

▍ISO 11114-4: 金屬抗氫脆試驗方法

核心目標

評估金屬材料（尤其是鋼材）在氫氣及其他氫脆氣體中的抗脆化能力，防止氣瓶因氫脆導致爆裂。

背景

壓縮氫氣或含氫氣體易使鋼材產生氫脆，歷史上曾導致多起氣瓶破裂事故，標準通過限定材料強度與測試方法降低風險。

2. 主要試驗方法

方法 A：圓盤試驗（Disc test）

原理：對圓盤狀樣品施加遞增的氫氣 / 氦氣壓力至破裂，通過氫破裂壓力（P_H2）與氦破裂壓力（P_He）的比值（氫脆指數 P_He/P_H2）評估脆化程度，比值越低，抗氫脆性能越好。

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

方法 B：斷裂力學試驗（Fracture mechanic test）

測定材料的氫致開裂閾值應力強度因子（K1H），評估裂紋在氫環境中的擴展風險。

方法 C：鋼瓶抗氫致開裂試驗

針對實際鋼瓶的全尺寸試驗，驗證材料在氫環境下的整體安全性。

3. 材料選擇指南

免測試材料

淬火回火鋼（如 34CrMo4）抗拉強度≤950MPa 時，可直接用于氫氣氣瓶，無需額外測試。

高強度鋼

抗拉強度 > 950MPa 的鋼材需通過方法 A/B/C 驗證抗氫脆性能，且硫、磷含量分別≤0.005% 和 0.010%。

標準應用實踐與行業影響1. 氣瓶設計與制造中的合規應用

確定目標氣體 UN 編號及特性（如氧化性、腐蝕性、氫脆風險）；

參考 ISO 11114-1/2 的兼容性表格，篩選 "可接受" 材料；

對氫脆敏感氣體（如氫氣），按 ISO 11114-4 驗證鋼材抗脆化性能；

對氧氣環境非金屬部件，按 ISO 11114-3 測試自燃溫度。

氫氣氣瓶：選用淬火回火鋼（R_m≤950MPa），并通過 ISO 11114-4 方法 A 驗證氫脆指數；

醫用氧氣瓶：閥門密封件必須使用 PTFE，并通過 ISO 11114-3 測試確認 AIT>500℃。

UN 運輸規范對接

ISO 11114 系列標準已提交聯合國危險貨物運輸專家委員會，其兼容性要求被納入《聯合國關于危險貨物運輸的建議書》，成為全球氣瓶貿易的技術壁壘。

歐盟 / 北美市場準入

歐盟 TPED（可運輸壓力設備指令）和美國 DOT（運輸部）法規均引用 ISO 11114 系列標準，未符合要求的氣瓶將無法進入主流市場。

氫能儲運新需求

隨著氫能源發展，高壓氫氣（如 70MPa）對鋼材抗氫脆性能提出更高要求，ISO 11114-4 正在修訂以納入更高壓力場景的測試方法。

復合材料應用

碳纖維復合材料氣瓶的內襯與密封件兼容性評估缺乏明確標準，ISO/TC 58 計劃擴展 ISO 11114-2 以覆蓋復合材料體系。

結語：安全始于材料，規范引領未來

ISO 11114 系列標準通過系統化的材料兼容性框架，為氣瓶行業構筑了從材料選型到性能驗證的完整安全鏈條。對于制造商，嚴格遵循標準可避免因材料不相容導致的泄漏、爆炸等事故；對于用戶，依據標準選擇氣瓶可確保氣體儲存運輸的全周期安全。隨著新能源氣體（如氫氣、甲烷）儲運需求的激增，該系列標準將持續更新迭代，成為全球氣體安全領域的技術基石。

如需獲取標準全文或具體材料兼容性數據，可通過 ISO 官方渠道查詢，或聯系專業技術機構進行定制化測試評估。安全無小事，材料兼容性管理永遠是氣瓶行業的核心課題。