3 设计

3.1 通用要求

3.1.1 基本要求

气瓶设计应当符合以下要求：

（1）气瓶设计为整体设计，制造单位对气瓶的设计质量负责；

（2）气瓶的设计符合本规程以及相关协调标准的要求；
（3）各类气瓶的最小爆破安全系数符合本规程的规定；

（4）气瓶疲劳寿命满足本规程设计使用年限的要求（非重复充装气瓶除外）；

（5）气瓶疲劳失效表现为裂纹扩展引起的未爆先漏；

（6）气瓶盛装介质的特性、分类符合GB/T16163《瓶装气体分类》的规定。

3.1.2 设计方法

气瓶设计可以采用规则设计方法或者分析设计方法，也可以采用试验验证方法。气瓶制造单位应当根据气瓶使用要求和设计条件，综合考虑所有相关因素、失效模式和安全裕量进行设计，以保证气瓶具有足够的强度、刚度、抗疲劳性和耐腐蚀性。

3.2 压力

3.2.1 气瓶设计压力

气瓶设计压力一般为气瓶的耐压试验压力。

3.2.2 公称工作压力

3.2.2.1 公称工作压力确定原则

（1）盛装压缩气体气瓶的公称工作压力，是指在基准温度（一般为20℃）下的气瓶内气体达到完全均匀状态时的限定（充）压力，一般选用正整数系列；

（2）盛装高压液化气体气瓶的公称工作压力，是指60℃时气瓶内气体压力的上限值；

（3）盛装低压液化气体气瓶的公称工作压力，是指60℃时所充装气体的饱和蒸气压；低压液化气体在60℃时的饱和蒸气压值按照本规程附件B或者相关气体标准的规定确定，附件B或者相关气体标准没有规定时，可以采用气体供应单位提供并经过气瓶制造单位书面确认的相关数据；

（4）盛装溶解气体气瓶的公称工作压力，是指在15℃时的气瓶内气体的化学性能、物理性能达到平衡条件下的静置压力；

（5）低温绝热气瓶的公称工作压力，是指在气瓶正常工作状态下，内胆顶部气相空间可能达到的最高压力；根据实际使用需要，可在0.2MPa~3.5MPa范围内选取；

（6）盛装标准沸点等于或者低于60℃的液体以及混合气体气瓶的公称工作压力，按照相关标准规定选取；

（7）消防灭火用气瓶的公称工作压力，应当不小于灭火系统相关标准中规定的最高工作温度下的最大工作压力。

3.2.2.2 公称工作压力选取

气瓶公称工作压力优先选取表3-1中的压力等级系列。用于特殊需要的气瓶，允许其公称工作压力超出表3-1规定的压力等级，但是应当满足本规程3.2.2.1的规定。消防灭火用气瓶的公称工作压力应当符合有关消防标准的规定。

表3-1 盛装常用气体气瓶的公称工作压力

3.2.3 试验压力

试验压力包括耐压试验压力和气密性试验压力，耐压试验压力和气密性试验压力不得低于表3-2的规定。

表3-2 气瓶试验压力

3.3 无损检测

3.3.1 基本要求

（1）无损检测的方法、比例、技术要求以及合格级别等由设计者在设计文件中确定；

（2）气瓶的无损检测方法包括射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测等。

3.3.2 无损检测方法选择和要求

3.3.2.1 钢质无缝气瓶的无损检测

钢质无缝气瓶的无损检测一般采用超声检测或者磁粉检测。采用超声检测时，应当能够实现瓶体的自动检测；不能进行自动超声检测的瓶体部位，可以采用在线磁粉检测。

3.3.2.2 焊接气瓶的无损检测

（1）焊接气瓶瓶体（包括低温绝热气瓶内胆）的纵、环焊接接头，一般采用X射线检测；无法采用X射线检测的，可以采用超声检测；

（2）焊接气瓶的射线检测比例分为全部检测和局部检测；采用局部射线检测的，每条焊接接头的透照长度均不得少于该焊接接头总长度的20%，透照部位应当包含每一个纵、环焊接接头的交接处；

（3）射线检测技术等级不低于AB级；焊接接头的合格级别不低于Ⅱ级。

3.4 气瓶的耐压试验和气密性试验

气瓶制造完成后，应当进行耐压试验；气瓶耐压试验合格后，应当按照产品标准的规定进行气密性试验。

3.5 气瓶的爆破安全系数

气瓶的爆破安全系数，是指实际水压爆破压力与公称工作压力的比值，气瓶的爆破安全系数应当大于或者等于表3-3所规定的气瓶的最小爆破安全系数。

表3-3 气瓶的最小爆破安全系数

注3-1：该值为实际爆破压力/耐压试验压力。

注3-2：实际爆破压力不得小于5MPa。

3.6 瓶体金属材料屈服强度和抗拉强度

3.6.1 热处理以及冷作硬化

金属材料制成的气瓶瓶体可以采用正火、调质、回火、固溶或者时效等方法进行热处理，或者采用冷作硬化的方式，保证瓶体材料达到设计所需要的力学性能。

3.6.2 屈服强度和抗拉强度选取

设计气瓶时，瓶体金属材料的屈服强度和抗拉强度应当选用材料标准规定的下限值或者热处理保证值。设计选用瓶体金属材料的屈强比，应当小于或者等于表3-4的规定值。

表3-4 瓶体金属材料设计选用的屈强比

3.7 气瓶的设计使用年限

制造单位应当明确气瓶的设计使用年限，并且在设计文件和制造标志上注明。

气瓶瓶体的设计使用年限应当满足表3-5的规定，表3-5中未列入的气瓶设计使用年限应当在相应产品标准中作出规定。如果气瓶制造单位在出厂的气瓶上刻印或压铸充装（产权）单位标志并装设可追溯的电子识读标志，充装单位能够确保气瓶始终处于良好的维护保养状态并通过安全评估，钢质无缝气瓶或者铝合金气瓶的实际使用年限可以延长至30年，燃气气瓶的实际使用年限可以延长至12年。

表3-5 常用气瓶的设计使用年限

3.8 瓶体技术要求
3.8.1 基本要求

（1）高压气瓶瓶体、缠绕气瓶的金属内胆应当采用无缝结构，低压气瓶瓶体可以采用焊接结构或者无缝结构；

（2）无缝气瓶瓶体与不可拆气瓶附件的连接不得采用焊接方式，焊接气瓶瓶体与不可拆气瓶附件的连接应当采用焊接方式；

（3）气瓶的直径和容积应当系列化。

3.8.2 无缝气瓶的瓶体结构

无缝气瓶的瓶体结构型式和尺寸应当符合以下要求：

（1）凸形底与筒体的连接部位圆滑过渡，其厚度不得小于筒体设计厚度值；

（2）凹形底的环壳与筒体之间有过渡段，过渡段与筒体的连接圆滑过渡；

（3）开孔处于凸形端部的中心线上。

3.8.3 焊接气瓶和低温绝热气瓶的瓶体结构
瓶体结构型式和尺寸应当符合以下要求：

（1）焊接气瓶瓶体和低温绝热气瓶内胆的纵向焊缝不多于1条，环向焊缝不多于2条；

（2）瓶体纵向焊缝焊接接头采用对接焊接接头型式，不允许带有永久性垫板；环向焊缝焊接接头可以采用对接焊接接头、带有永久性垫板的对接焊接接头或者锁底焊接接头等型式；对于凸面承压的封头与筒体连接的环焊缝，允许采用搭接焊接接头型式；

（3）车用焊接气瓶、低温绝热气瓶以及盛装介质为腐蚀性、毒性危害程度为极度危害或者高度危害的气瓶，其阀座以及接管焊接接头采用全焊透结构；

（4）焊接气瓶（车用瓶除外）的开孔应当处于封头上，并且开孔的外沿与封头外圆周的距离大于瓶体外径的10%。

3.8.4 汽车用液化天然气气瓶

汽车用液化天然气气瓶应当设计为大容积气瓶，并且其公称容积不得超过1500L。

3.8.5 溶解乙炔气瓶的瓶体结构

溶解乙炔气瓶的壳体应当采用焊接或者无缝结构；壳体内应当充填整体式多孔填料，在孔内吸附一定量的溶剂，并且符合以下要求：

（1）任何情况下，填料不得与乙炔、溶剂、钢瓶或者气瓶附件发生化学反应或者产生损害；

（2）任何情况下，溶剂不得与乙炔、填料、钢瓶或者气瓶附件发生化学反应，也不得影响乙炔气体质量；

（3）填料内不应当含有石棉（包括蛇纹石纤维），填料孔隙率、抗压强度、表面孔洞以及填料与瓶壁的间隙等技术指标，应当符合GB/T11638的要求。

3.9 特殊规定

（1）无缝气瓶用于充装低压液化气体时，气瓶的设计应当符合高压气瓶产品标准的要求，制造钢印标志中的充装压力和充装系数应当按照充装介质确定；
（2）盛装毒性为剧毒介质的低压液化气体气瓶，公称工作压力的选取应当参考本规程附件B中介质的LC₅₀确定，其设计压力应当高于在60℃时饱和蒸气压值所对应的耐压试验压力；

（3）盛装一氧化氮、氟、二氟化氧以及氟氮混合气体的气瓶应当采用非管制收底结构的钢质无缝气瓶，盛装氦以及电子气体的气瓶优先采用非管制收底结构的钢质无缝气瓶；盛装氟和二氟化氧的气瓶，其水压试验压力不小于20MPa，在20℃时的限定充装压力不大于3MPa，单瓶充装量不得超过5kg；盛装一氧化氮的气瓶，其耐压试验压力不小于20MPa，在20℃时的限定充装压力不大于5MPa；

（4）碳钢气瓶盛装一氧化碳或者一氧化碳与二氧化碳的混合气体时，对气体中的水分进行有效控制的条件下，在基准温度20℃时，气瓶充装压力不得大于其公称工作压力的50%；当充装干燥（水含量小于5×10^-6）并且不含硫分的一氧化碳或者一氧化碳与二氧化碳的混合气体时，气瓶充装压力最高不应当超过其公称工作压力的5/6，并且不大于13MPa；

（5）气瓶集束装置的单只气瓶公称容积不得大于450L，总容积不得大于3000L。

3.10 设计文件要求

气瓶设计文件至少包括设计任务书、设计计算书、设计说明书、设计图样、有限元应力分析报告（采用分析设计方法时）和使用说明书等。

3.10.1 设计任务书

设计任务书应当包括任务来源、任务要求、设计依据的法规、标准和用户提供的有关标准、技术参数、产品用途以及使用范围、主要技术参数、产品结构型式的概述、设计文件种类、设计单位、完成时间等内容。采用企业标准的，需要提供标准原文和符合本规程1.4要求的比照表。

3.10.2 设计计算书

设计计算书包括以下内容：

（1）设计计算的目的、依据、计算参数、设计结构、材料的选取、热处理要求（无缝气瓶）；

（2）设计壁厚计算、刚度计算（必要时）、容积计算、重量计算；

（3）最大充装量计算、丙酮充装量计算（乙炔瓶）和最大乙炔量计算（乙炔瓶）；
（4）最小爆破压力计算、开孔补强计算（焊接气瓶、低温绝热气瓶）、安全泄放量计算（必要时）、内胆强度计算（纤维缠绕气瓶、低温绝热气瓶）、缠绕层计算（纤维缠绕气瓶）、总的热传递计算（低温绝热气瓶）；

（5）有限元应力分析计算（必要时）以及产品标准要求的其他计算等。

3.10.3 设计说明书

设计说明书内容包括设计依据、设计参数、结构、材料的选择、设计计算说明、结构说明、气瓶附件的选择、主要生产工艺要求、检验要求等。

3.10.4 使用说明书

使用说明书内容包括产品简介、设计标准、结构和性能、产品使用指南（气体性质、充装、运输、储存、定期检验、颜色标志以及需要用户遵守的安全基本要求等）。

3.10.5 设计图样

设计图样包括设计总图、主要零部件图等。设计总图主要包括以下内容：

（1）气瓶名称、分类，设计、制造所依据的主要法规、产品标准；

（2）工作条件，包括公称工作压力、工作温度、介质特性（毒性和爆炸危害程度等）；

（3）设计条件，包括设计温度、设计压力；

（4）瓶体主要材料牌号和材料标准；

（5）主要特性参数，包括公称容积、重量、名义厚度、几何尺寸、充装系数等；

（6）气瓶设计使用年限；

（7）特殊制造要求；

（8）热处理要求；

（9）无损检测要求；

（10）耐压试验和气密性试验要求；

（11）阀门以及其他安全附件规格和订购特殊要求；

（12）气瓶标志位置以及内容；

（13）包装、运输等要求。

3.10.6 有限元应力分析报告（采用分析设计方法时）
分析计算选用的软件应当是成熟的商品化通用或者专用工程计算软件，并且满足计算的需要。有限元应力分析报告包括以下内容：

（1）所用分析软件的说明；

（2）结构尺寸、开孔尺寸等；

（3）计算模型，包括计算区域、单元类型、材料参数（复合气瓶应当包括内胆、复合层材料参数）、网格划分、载荷条件，复合气瓶还应当包括零压力、公称工作压力和最高工作压力、耐压试验压力、预紧力压力、设计最小爆破压力、含耦合或者接触情况的位移边界条件；

（4）计算过程，复合气瓶有限元应力分析，应当包括载荷的施加过程和使用的计算方法；

（5）计算结果，包括在载荷下计算区域内的应力情况（包括彩色应力等值线图）；

（6）计算分析，包括对计算结果的分析、数据整理、计算结果评定以及结论。

3.11 设计文件鉴定

气瓶设计文件鉴定，是指对气瓶设计的安全性能是否符合有关法规以及相关标准进行的符合性审查；制造单位新设计或者设计变更的气瓶（含气瓶集束装置）以及进口气瓶，均应当进行设计文件鉴定，通过后方可用于制造。

3.11.1 鉴定机构和鉴定人员

气瓶设计文件鉴定由气瓶型式试验机构（以下简称鉴定机构）承担；鉴定机构和鉴定人员应当符合有关安全技术规范的要求，并且按照其规定开展鉴定工作。

3.11.2 设计文件鉴定内容

鉴定机构应当对制造单位提交的设计任务书、设计计算书、设计说明书、设计图样、有限元应力分析报告（采用分析设计方法时）、使用说明书等设计文件是否满足本规程以及相关标准的要求，进行符合性审查。

3.11.3 设计文件鉴定程序

设计文件鉴定程序，包括申请、受理、鉴定、出具鉴定报告等。

3.11.3.1 申请

气瓶投产（试制）前，制造单位应当向承担设计文件鉴定的机构提交《气瓶设计文件鉴定申请书》（见本规程附件F）、设计文件和资料（一式两份）。

3.11.3.2 受理

（1）鉴定机构收到制造单位提交的《气瓶设计文件鉴定申请书》、设计文件和资料后，对制造单位提交的设计文件和资料是否完整、齐全进行审查；

（2）制造单位提交的设计文件和资料完整、齐全时，鉴定机构应当在5个工作日内告知制造单位予以受理；

（3）制造单位提交的设计文件和资料不完整、不齐全时，鉴定机构应当在5个工作日内一次性告知制造单位补齐。

3.11.3.3 鉴定

（1）鉴定机构应当按照本规程的规定，制定《气瓶设计文件鉴定细则》和相应的管理制度以及工作质量记录表、卡，规范设计文件鉴定工作；

（2）鉴定机构的鉴定人员应当按照《气瓶设计文件鉴定细则》和相应的管理制度进行鉴定工作，在相关工作质量记录表、卡上记录鉴定情况，并且签字。

3.11.3.4 出具鉴定报告
3.11.3.4.1 鉴定结论

设计文件鉴定结论分为“鉴定通过”和“鉴定未通过”。

（1）鉴定通过，指设计文件符合相关安全技术规范以及相关标准的规定，能够用于气瓶制造；

（2）鉴定未通过，指设计文件存在重大隐患，不符合本规程及相关标准的规定，设计文件不能用于气瓶制造；鉴定机构应当向制造单位书面说明设计文件鉴定未通过的原因或者情况。

气瓶设计文件中存在不符合本规程以及相关标准的要求、需要进行修改时，鉴定机构应当指出需要修改的内容，申请单位对其设计进行修改；气瓶设计采用的企业标准，存在本规程未作要求、可能对安全性能有重大影响的内容，申请单位应当按照本规程1.5的要求申请技术评审。满足本规程以及相关标准规定，或者通过技术评审的，结论为鉴定通过；未按照要求修改设计文件的，结论为鉴定未通过。

3.11.3.4.2 鉴定报告

（1）鉴定机构应当在气瓶型式试验合格后15个工作日内，完成全部设计文件的鉴定工作，出具《气瓶设计文件鉴定报告》（见本规程附件G）；

（2）设计文件鉴定结论为“鉴定通过”的，鉴定机构除出具《气瓶设计文件鉴定报告》外，还应当在设计计算书、设计总图上加盖设计鉴定专用印章；

（3）鉴定机构在完成全部设计文件鉴定工作后，应当及时将加盖设计鉴定印章的设计文件（1套）和《气瓶设计文件鉴定报告》（1份）寄送制造单位。

3.11.3.5 设计变更

气瓶设计文件存在以下情况时，应当进行设计变更：

（1）增加气瓶的开孔数量或者改变开孔位置；

（2）改变纤维缠绕气瓶直径或者端部形状；

（3）改变低温绝热气瓶的绝热材料或者绝热方式；

（4）有关气瓶产品标准中明确规定为设计变更的项目。

制造单位进行设计变更时，应当向设计文件鉴定机构提供变更部分的设计文件；设计变更后的气瓶设计文件，不得再次进行设计变更。

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