第1章　绪论 001

1．1　气瓶概述 001

1．2　气瓶基本要求 001

1．3　气瓶事故案例统计分析 004

1．4　气瓶失效模式 005

1．5　气瓶损伤模式 009

第2章　常用瓶装气体物性参数 011

2．1　引言 011

2．2　物质的相及相变 011

2．3　气体状态变化规律 012

2．4　常用瓶装气体分类及名称、分子式、分子量 013

2．5　常用瓶装气体的燃烧性、毒性及腐蚀性 016

2．6　气体压缩因子 018

2．7　液化气体密度、饱和蒸汽压及汽化潜热 019

2．8　气体绝热指数 031

2．9　混合气体物性参数 032

第3章　气瓶品种、型号及基本参数 034

3．1　引言 034

3．2　气瓶品种及用途（盛装介质） 034

3．3　无缝气瓶型号 036

3．4　焊接气瓶型号 039

3．5　缠绕气瓶型号 040

3．6　绝热气瓶型号 041

3．7　内装填料气瓶型号 042

3．8　其他气瓶型号 043

3．9　气瓶公称工作压力 044

3．9．1　气瓶公称工作压力确定原则 044

3．9．2　盛装常用气体气瓶公称工作压力（TSG R0006—2014） 044

第4章　设计选材 048

4．1　引言 048

4．2　金属材料基本知识 048

4．2．1　金属材料类别 048

4．2．2　金属材料中的化学元素 049

4．2．3　金属材料的微观结构 050

4．2．4　金属材料性能的基本要求 052

4．2．5　金属材料的破坏 056

4．3　气瓶选材的一般要求（TSG R0006） 056

4．4　焊接气瓶选材 057

4．4．1　相关气瓶标准的限定要求 057

4．4．2　常用材料 058

4．4．3　瓶体成型后材料性能要求 063

4．5　无缝气瓶选材 065

4．5．1　相关气瓶标准的限定要求 065

4．5．2　常用材料 068

4．5．3　瓶体成型后材料性能要求 073

4．6　低温绝热气瓶选材 076

4．6．1　基本要求 076

4．6．2　常用材料 077

4．7　纤维复合材料 078

4．7．1　基本知识 078

4．7．2　纤维缠绕气瓶基本要求 081

4．8　绝热材料 081

第5章　气瓶结构 083

5．1　引言 083

5．2　无缝气瓶结构 084

5．2．1　钢质无缝气瓶（GB 5099） 084

5．2．2　铝合金无缝气瓶（GB 11640） 089

5．2．3　汽车用压缩天然气气瓶（GB 17258） 090

5．2．4　站用压缩天然气钢瓶（GB 19158） 092

5．2．5　长管拖车、管束式集装箱用大容积钢质无缝气瓶 092

5．2．6　无缝结构溶解乙炔气瓶（GB 11638） 093

5．3　焊接气瓶 093

5．3．1　钢质焊接气瓶 093

5．3．2　液化石油气钢瓶 098

5．3．3　汽车用液化石油气钢瓶（GB 17259） 100

5．3．4　工业用非重复充装气瓶（GB 17268） 101

5．3．5　焊接结构溶解乙炔气瓶（GB 11638） 102

5．4　缠绕气瓶 103

5．4．1　环向缠绕气瓶（GB 24160） 103

5．4．2　金属内胆全缠绕气瓶（GB 28053） 105

5．5　低温绝热气瓶 106

5．5．1　焊接绝热气瓶（GB 24159） 106

5．5．2　汽车用液化天然气气瓶 109

第6章　气瓶瓶体壁厚计算 113

6．1　引言 113

6．2　基本知识 113

6．2．1　固体力学基本概念 113

6．2．2　强度理论 115

6．2．3　设计准则 116

6．2．4　薄壁回转壳体强度计算 117

6．3　无缝气瓶壁厚计算 118

6．4　焊接气瓶壁厚计算 120

6．5　焊接绝热气瓶壁厚计算（GB 24159） 124

6．6　缠绕气瓶壁厚计算 125

第7章　气瓶螺纹及强度计算 128

7．1　气瓶螺纹基本要求 128

7．2　气瓶专用螺纹（GB 8335） 129

7．3　普通螺纹（GB/T 192，GB/T 196，GB/T 197） 130

7．4　管螺纹（GB/T 7307） 135

7．5　气瓶螺纹强度计算 137

7．6　螺纹强度计算算例 138

第8章　焊接气瓶开孔及补强 140

8．1　引言 140

8．2　焊接气瓶开孔及补强基本要求 140

8．3　补强型式 141

8．3．1　不需要另行补强 141

8．3．2　补强圈补强 142

8．3．3　整体补强 143

8．4　补强计算 144

8．5　补强计算算例 146

第9章　气瓶有限元应力分析 149

9．1　引言 149

9．2　气瓶有限元应力分析基本要求 149

9．3　有限元应力分析基本知识 150

9．3．1　有限元法基本原理 150

9．3．2　有限元法基本术语 150

9．3．3　有限元分析软件介绍 151

9．3．4　有限元分析基本步骤 152

9．4　气瓶有限元应力分析实例 152

9．4．1　钢制无缝气瓶凹形底 152

9．4．2　车用压缩天然气钢制内胆环向缠绕气瓶 153

9．4．3　呼吸器用全缠绕复合气瓶应力分析 156

9．4．4　汽车用低温焊接气瓶开孔补强分析 162

第10章　气瓶容积、重量及最大充装量计算 164

10．1　引言 164

10．2　容积计算 164

10．3　质量计算 169

10．4　最大充装量计算 173

10．4．1　低压液化气体气瓶最大充装量计算 173

10．4．2　高压液化气体气瓶最大充装量计算 175

10．4．3　低温绝热气瓶最大充装量计算 176

第11章　气瓶安全泄压装置选用及计算 178

11．1　引言 178

11．2　常用术语及其定义 178

11．3　气瓶安全泄压装置基本要求 181

11．3．1 　气瓶安全泄压装置的设置与选用 181

11．3．2　气瓶安全泄压装置质量要求 186

11．3．3　装设部位 186

11．3．4　气瓶安全泄压装置技术参数要求 188

11．4　气瓶安全泄放量计算 189

11．4．1　压缩气体气瓶 190

11．4．2　低压、高压液化气体气瓶 191

11．4．3　低温液化气体气瓶 192

11．5　安全泄压装置泄放面积计算 193

11．5．1　爆破片 193

11．5．2　安全阀 195

11．5．3　易熔合金塞 197

11．6　气瓶安全泄压装置泄放量及泄放面积算例 197

第12章　低温绝热气瓶热传递计算 202

12．1　引言 202

12．2　总热传递 202

12．3　绝热层热传递 203

12．4　管路热传递 208

12．5　支撑件传热 209

12．6　总热传递计算算例 210

第13章　气瓶附件 214

13．1　引言 214

13．2　气瓶阀门 214

13．2．1　气瓶阀门基本要求（TSG R0006—2014） 214

13．2．2　气瓶阀出气口连接型式和尺寸（GB 15383—2011） 216

13．2．3　常用气体瓶阀的选用 218

13．3　其他附件 223

第14章　气瓶主要生产工艺 224

14．1　引言 224

14．2　原材料复验 224

14．3　组批 225

14．4　焊接 226

14．4．1　一般规定 226

14．4．2　焊接工艺评定 227

14．4．3　焊缝接头结构 228

14．4．4　焊接方法 232

14．4．5　焊接返修 232

14．4．6　主要焊接缺陷及防止措施 233

14．5　无缝气瓶瓶体成型 234

14．5．1　无缝气瓶成型方法 234

14．5．2　无缝气瓶端部质量基本要求 235

14．5．3　旋压工艺评定 236

14．6　热处理 237

14．6．1　金属材料热处理工艺 237

14．6．2　气瓶热处理基本要求 239

14．6．3　热处理工艺评定 241

14．6．4　热处理常见缺陷及其形成原因和预防措施 241

14．7　纤维缠绕气瓶纤维缠绕、固化 243

14．7．1　缠绕工艺 243

14．7．2　固化工艺 243

14．7．3　缠绕、固化工艺评定 244

14．8　低温绝热气瓶绝热工艺 245

14．8．1　绝热材料包扎及加装 245

14．8．2　抽真空 245

第15章　气瓶检验与试验 246

15．1　引言 246

15．2　检验和试验类别及基本要求 246

15．2．1　检验和试验类别 246

15．2．2　型式试验及出厂检验项目 247

15．2．3　气瓶定期检验基本要求 253

15．3　宏观检查 254

15．4　质量和容积测量 256

15．5　无损探伤 256

15．6　材质分析 257

15．7　安全性能试验 257

第16章　气瓶标识 258

16．1　引言 258

16．2　气瓶制造标志 258

16．2．1　不同品种气瓶制造标志要求 258

16．2．2　钢印标记 259

16．2．3　标签标记 263

16．2．4　压印标记 263

16．2．5　印刷标记 263

16．2．6　粘贴标记 264

16．2．7　颜色标志（GB 7144—1999） 264

16．3　气瓶定期检验标志 269

16．4　气瓶充装标志 270

16．4．1　涂敷标志 270

16．4．2　气瓶警示标签（GB 16804—2011） 271

第17章　气瓶充装、储存、运输和使用 273

17．1　引言 273

17．2　气瓶充装 273

17．2．1　气瓶充装基本要求（TSG R0006—2014《气瓶安全技术监察规程》） 273

17．2．2　压缩气体充装基本要求（GB 14194—2006《永久气体气瓶充装规定》） 274

17．2．3　液化气体充装基本要求（GB 14193—2009《液化气体气瓶充装规定》） 277

17．2．4　焊接绝热气瓶充装基本要求（GB 28051—2011《焊接绝热气瓶充装规定》） 278

17．2．5　混合气体充装 279

17．3　气瓶储存 279

17．4　气瓶运输 281

17．5　气瓶使用 282

第18章　气瓶设计文件 284

18．1　引言 284

18．2　设计任务书 284

18．2．1　设计任务书基本要求 284

18．2．2　设计任务书示例 285

18．3　设计计算书 287

18．4　设计说明书 287

18．5　设计图纸 290

18．5．1　制图基本要求 290

18．5．2　气瓶设计图纸基本要求 292

18．5．3　技术参数表 293

18．5．4　技术要求 295

18．6　使用说明书 300

18．6．1　使用说明书基本要求 300

18．6．2　使用说明书示例 300

18．7　标准化审查报告 302

18．7．1　标准化审查报告基本要求 302

18．7．2　标准化审查报告示例 302

18．8　有限元应力分析报告 304

参考文献 3052100433B

《气瓶设计》的主要内容包括：瓶装气体物性参数，气瓶品种、型号和技术参数，设计选材，结构设计，壁厚计算，螺纹及强度计算，焊接气瓶开孔及开孔补强，有限元应力分析，容积、重量及充装量计算，安全泄压装置选用和计算，低温绝热气瓶热传递计算，气瓶附件要求，主要生产工艺要求，气瓶检验和试验，气瓶标识，气瓶充装，储存、运输和使用要求，设计文件要求，对每一部分内容均作了引言描述，以及基础知识和设计方法的具体介绍，其中涉及计算的部分多数都给出了示例。

《气瓶设计》既具有较强的知识性，在工程上也具有很强的可参考性。

《气瓶设计》内容侧重于气瓶的设计、制造以及检测，阐述了气瓶设计中的关键问题，主要包括：瓶装气体物性参数，气瓶品种、型号和技术参数，设计选材，壁厚计算，螺纹及强度计算，焊接气瓶开孔及开孔补强，有限元应力分析等。

《气瓶设计》为气瓶的设计及设计文件鉴定工作提供参考，对气瓶的安全监察、使用管理及检验工作也有较大的指导意义。

一、按制造方法分类

按制造方法，气瓶可分为以下四类。

(1)焊接气瓶

焊接气瓶由用薄钢板卷焊的圆柱形筒体和两端的封头组焊而成。焊接气瓶多用于盛装低压液化气体，例如液化二氧化硫等。

(2)管制气瓶

管制气瓶是用无缝钢管制成的无缝气瓶。它两端的封头是将钢管加热放在专用机床上通过旋压或挤压等方式收口成形的。

(3)冲拔拉伸制气瓶

它是将钢锭加热后先冲压出凹形封头，后经过拉拔制成敞口的瓶坯，再按照管制气瓶的方法制成顶封头及接口管等。

(4)缠绕式气瓶

此气瓶是由铝制的内筒和内筒外面缠绕一定厚度的无碱玻璃纤维构成的。铝制内筒的作用是保证气瓶的气密性。气瓶的承压强度依靠内筒外面缠绕成一体的玻璃纤维壳壁（用环氧酚醛树脂等作为黏结剂）。壳体纤维材料容易“老化”，所以使用寿命一般不如钢制气瓶。

二、按盛装介质的物理状态分类

气瓶可按盛装介质的物理状态分为以下三类。

(1)永久性气体气瓶

临界温度低于-10℃的气体称为永久性气体，盛装永久性气体的气瓶称为永久性气体气瓶。例如盛装氧气、氮气、空气、一氧化碳及惰性气体等的气瓶均属此类。其常用标准压力系列为15 MPa、20 MPa、30 MPa。

(2)液化气体气瓶

临界温度等于或高于-10℃的各种气体，它们在常温、常压下呈气态，而经加压和降温后变为液体。在这些气体中，有的临界温度较高（高于70℃），如硫化氢、氨、丙烷、液化石油气等，称为高临界温度液化气体，也称为低压液化气体。储存这些气体的气瓶为低压液化气体气瓶。在环境温度下，低压液化气体始终处于气液两相共存状态，其气相的压力是相应温度下该气体的饱和蒸气压。按最高工作温度为60℃考虑，所有高临界温度液化气体的饱和蒸气压均在5 MPa以下，所以，这类气体可用低压气瓶充装。其标准压力系列为1.0 MPa、1.6 MPa、2.0 MPa、3.0 MPa、5.0 MPa。

(3)溶解气体气瓶

这种气瓶是专门用于盛装乙炔的气瓶。由于乙炔气体极不稳定，特别是在高压下，很容易聚合或分解，液化后的乙炔稍有振动即会引起爆炸，所以不能以压缩气体状态充装，必须把乙炔溶解在溶剂（常用丙酮）中，并在内部充满多孔物质（如硅酸钙多孔物质等）作为吸收剂。溶解气体气瓶的最高工作压力一般不超过3.0 MPa，其安全问题具有特殊性，如乙炔气瓶内的丙酮喷出，会引起乙炔气瓶带静电，造成燃烧、爆炸、丙酮消耗量增加等危害。

(1)气瓶公称工作压力

对于盛装永久气体的气瓶，公称工作压力是指在基准温度时（一般为20℃）所盛装气体的限定充装压力。对于盛装液化气体的气瓶，公称工作压力是指温度为60℃时瓶内气体压力的上限值。

根据《气瓶安全监察规程》（质技监局锅发[2000]250号）的规定，气瓶的公称工作压力已经系列化。盛装高压液化气体的气瓶，其公称工作压力不得小于8MPa。盛装有毒和剧毒危害的液化气体的气瓶，其公称工作压力的选用应适当提高。

(2)水压试验压力、设计压力与许用压力

钢质气瓶的水压试验压力是检验气瓶强度的耐压试验压力，根据《钢质无缝气瓶》（GB 5099-1994）、《钢质焊接气瓶》（GB 5100-2011）的规定，钢瓶的水压试验压力为公称工作压力的1.5倍。

钢质气瓶的设计压力是用于设计计算瓶体壁厚的压力，设计压力的大小等于水压试验压力。

气瓶许用压力是允许气瓶承受的最高压力，它应不小于瓶内介质60℃时的介质压力。钢质气瓶的许用压力不得超过水压试验压力的0.8倍。

(3)气瓶的公称容积

气瓶的公称容积是指气瓶规程和标准规定的气瓶容积的分级系列，公称容积和公称工作压力一样是一个名义值，而不是准确的实际值。为安全计，气瓶的实际容积必须大于公称容积，允差为 5%。可见，公称容积虽是一个称谓的名义值，但限制得很严格，不能随便称呼。比如公称容积为40L的无缝气瓶，其实际容积应在40L至42L之间。

为了便于管理，我国将气瓶的公称容积划分为大、中、小三类：12L（含12L）以下为小容积，12L以上至100L（含100L）为中容积，100L以上为大容积。

钢质无缝气瓶的容积，以40L气瓶为最常见，但也有小到0.4L大到80L的。

钢质焊接气瓶的容积，作为溶解乙炔钢瓶，以40L钢瓶最为普遍，液氨与液氯气瓶以800L和400L最为普及。因为按液氯1.25 kg/L的充装系数计算，它们的介质质量正好为1 t和0.5t。

液化石油气钢瓶的容积，以35.5L用量最多。因为以0.42 kg/L充装系数计算，此类气瓶正好充装15kg液化石油气，是一般家庭一个月的消耗量。

(4)气瓶的最高使用温度与最低使用温度

气瓶的最高使用温度是指气瓶在充装气体以后，可能达到的最高温度。根据《钢质无缝气瓶》(GB 5099-1994)、《钢质焊接气瓶》（GB 5100-2011）及《气瓶安全监察规程》的规定，60℃为气瓶的最高使用温度，-40℃为气瓶的最低使用温度。

(5)气瓶的颜色

《气瓶颜色》（GB 7144-1999）对气瓶颜色作了明确规定。例如：乙炔气瓶为白色、氮气瓶为黑色、氧气瓶为淡蓝色、氨气瓶为淡黄色、二氧化碳气瓶为铝白色，等等。