《大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶编制说明》

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一、任务来源

随着氢能产业的快速发展，特别是在高压气氢高密度、低成本储运领域，越来

越多的应用单位提出了单体容积更大、重量更轻的储氢压力容器使用需求。海鹰空

天材料研究院（苏州）有限责任公司（以下简称“空天材料院”）凭借自身的技术

优势及在大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶方向储备的制造经验，已与相关

应用单位开展联合研发与攻关团队，形成的基于单体容积1100L铝合金内胆碳纤维全

缠绕复合气瓶集成的集装箱产品已在海上风光储、加氢站等领域进行示范应用。此

外，本次参与标准制定的终端用户单位，如中石油、中石化等，就基于大容积铝合

金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶集成的管束式集装箱产品在氢能道路运输领域的应用

场景，已提出了明确需求。

未来随着产品制造及检验技术的不断迭代优化、成熟，以及终端用户单位的强

烈应用意愿，急需一个适用于更大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶产品设计、

制造、检验和型式试验的标准作为依据。此外，为推动基于大容积铝合金内胆碳纤

维全缠绕复合气瓶的管束式集装箱制造及试验技术的发展，空天材料院联合上海市

特种设备监督检验技术研究院分别在国家市场监督管理总局、苏州市科学技术局立

项了科技计划项目，共同探索大容量氢储运设备安全性能测试技术，以期形成产品

安全性能检测与评价等关键技术及相关产品制造检验标准。

基于上述原因，海鹰空天材料研究院（苏州）有限责任公司等单位提交了《大

容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶》团体标准的制定申请，经中特促进会组

织专家审议通过并立项，由申请单位空天材料院组织筹备标准的编写。

二、目的及意义

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氢能源以世界公认低碳、清洁的特性已成为降低PM2.5、实现“双碳”目标的

重要载体；2024年政府工作报告的关键词中特别提到“要加快前沿新兴氢能等产业

发展”作为新质生产力，可见，氢能目前已成为我国重要的战略能源之一。

然而，氢能长距离运输成本居高不下，仍是行业痛点问题，阻碍着产业的发展

。目前我国氢能长距离运输主要依赖长管拖车和管束式集装箱，上述两种移动式压

力容器普遍采用4130X高强钢单层裸式结构的大容积气瓶组成6-8瓶组，采用气体压

缩储存方式运输，公称工作压力一般为20-25MPa。此类结构存在自重过大，储氢密

度低，长距离运输成本高、高压条件下氢损伤等缺点。

2018年以来，空天材料院针对1000-2250L铝合金内胆碳纤维复合材料储运气瓶

在移动式压力容器中的应用进行了可行性分析，结果表明，此类结构可实现气瓶自

重减半，突破当前8瓶组满载重量40吨上限，且因自重较轻，存在集装框架Y轴方向

叠加管束的可能性。通过计算推导，在同等储运压力下，可实现运力提高50%以上，

长距离成本降低50%；如进一步提升储运压力至45-52MPa，还可进一步提升储能密

度、提高运力。我国自发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》以来，

中石油、中石化等作为氢能产业链重要用户单位，面向高压气氢储运应用领域急切

提出了大容量、轻量化的产品性能要求。目前国内虽已有空天材料院、浙江蓝能、

安瑞科等几家单位开展了相关产品的研发，但尚未形成统一标准，没有相应的行标

、国标等作为产品制造、试验及应用的理论支撑。因此，开展此类产品的标准化研

究，对于促进我国氢能源行业发展具有重要意义，势在必行。

本次提出制定的《大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶》系产品标准，主

体参考ISO11515标准，并结合国内TSG23规范体系，以及国内碳纤维全缠绕复合气

瓶标准GB/T28053、GB/T35544等，是国内大容积高压气瓶的有益补充，为完善相

关产品标准体系，在大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的制造及检验方面先

行先试提供指导依据。此外，本次标准的参与单位除包含空天材料院、浙江蓝能、

中材科技、安瑞科等气瓶制造企业外，还涵盖了中国特检院、上海特检院、大连锅

检院等型式检验机构，以及中石油、中石化、中海油、洛阳双瑞等未来对产品有明

确使用需求的终端用户单位。标准制定将充分考虑产业链上下游的发展需求，为推

动未来标准立项及推广进行试点探索，在降低氢能长距离运输低成本、突破高密度

储运技术进步等方面具有积极意义。

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三、编制原则

（1）标准是在近年来研究基础上，参考国际标准、广泛征求同行及使用单位

的意见、充分考虑我国行业发展现状和未来发展的趋势，并以此为技术依据制定，

主要参考文献有以下：

——《中华人民共和国特种设备安全法》

——TSG23-2021气瓶安全技术规程

——TSGR0005-2011移动式压力容器安全技术监察规程

——GB/T35544-2017车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶

——GB/T28053铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶

——GB/T33145-2016大容积钢制无缝气瓶

——ISO11515-2022Refillablecompositereinforcedtubesofwater

capacitybetween450land3000l

——BSEN17339-2020Transportablegascylinders—Fullywrapped

carboncompositecylindersandtubesforhydrogen

（2）标准编制遵循“统一性、协调性、适用性、一致性、规范性”的原则，

严格按照《GB/T1.1-2009标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》

的规定进行编写和表述；

（3）与国家法律、法规及有关标准保持一致。

四、主要技术内容

本标准规定了大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶(以下简称“复合气

瓶”)的术语和定义、符号、型式、参数、分类和型号、技术要求、试验方法和合

格指标、检验规则、标志、包装、运输、储存及产品合格证和批量检验质量证明

书等内容的基本要求。

本标准的主要内容范围、规范性引用文件、术语和定义、型号、结构型式和

参数、技术要求、试验方法和合格指标、检验规则、标志、包装、运输和储存、

产品合格证、使用说明书和批量检验质量证明书等。

本标准重点关注问题：

1、适用范围

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TSG23-2021《气瓶安全技术规程》适用的气瓶压力范围为0.2MPa～70MPa，公

称容积范围为0.4L～3000L，气瓶使用环境温度为-40℃～60℃。但针对大容积（＞

450L）铝内胆碳纤维缠绕气瓶，国内无相应的国家标准和行业标准。ISO11515标准

的适用范围为容积450L～3000L，水压试验压力不大于160MPa（按TSG23的规定，压

缩气体介质公称工作压力不大于2/3的水压试验压力，则ISO11515标准气瓶最大公

称工作压力为106MPa），ISO11515对充装介质无特殊规定，仅要求需要依据ISO

11114的规定，介质与气瓶材料相容性。BSEN17339标准的适用范围为容积最大不

超过3000L，最大工作压力不超过100MPa，且水压试验压力最小不低于30MPa，同时

要求气瓶PV值（工作压力和容积的乘积）不大于100000MPa·L（以此计算，当气瓶

工作压力为52MPa时，气瓶最大容积为1923L；当气瓶工作压力为70MPa时，气瓶最大

容积为1428L）。

本标准依据TSG23规程、国内标准体系和生产经验，并参照ISO11515和BSEN

17339的规定，设定本标准的适用范围。

规定仅适用于长管拖车和管束式集装箱用大容积铝内胆碳纤维全缠绕气瓶。气

瓶的使用环境温度-40℃～60℃，同时特别指出气瓶的工作温度为-40℃～60℃，此

处要求气瓶在充装时应严格控制介质温度；气瓶公称工作压力20MPa～70MPa；气瓶

公称水容积为450L～1100L；充装介质限定为氢气和天然气。

2、术语和定义

本标准采用GB/T35544的术语和定义。

需要特殊说说明的是，其中对于公称工作压力的皆准温度同GB/T35544一样，

为15℃。

TSG23瓶规规定，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。但国内目前充装

氢气的缠绕气瓶标准GB/T35544和GB/T42612皆重新定义公称工作压力的基准温度

为15℃。本标准参考该两项标准将基准温度设定在15℃。

3、型号、结构形式和参数

该标准产品对应TSG23瓶规中大容积金属内胆纤维缠绕气瓶分类，属于3型瓶，

与其对应的1型瓶标准为GB/T33145-2023《钢质无缝气瓶》，因此气瓶型号参照

GB/T33145，前缀采用TUBE。

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依据本标准生产气瓶采用双口结构。

4、技术要求

4.1一般要求

本条中首先规定气瓶充装天然气和氢气介质的要求。明确本标准气瓶用于长管

拖车和管束式集装箱，在适用压力范围内针对介质限定充装压力须满足TSG23的要

求。

明确本标准气瓶涉及使用年限为15年，与TSG23保持一致。

4.2关于材料

本标准中气瓶所用材料与GB/T35544完全一致，内胆材料限定为铝合金6061，

承载纤维为碳纤维，外保护层可采用玻璃纤维。

气瓶所用端塞应采用奥氏体不锈钢锻件或铝合金锻件。

4.3关于设计

有关气瓶的设计，标准的内容主要与GB/T35544一致，体现复合气瓶设计中的

实践经验和理论基础。

规定内胆端部采用凸性结构、复合气瓶瓶口应开在气瓶端部且应与内胆同轴等。

本标准中还规定了瓶嘴螺纹的计算安全系数，同GB/T35544一致，不小于4。同时规

定复合气瓶的最小爆破压力不小于3倍公称工作压力，满足TSG23瓶规对该类气瓶的

最小爆破安全系数的规定。同时，在设计上规定气瓶纤维应力比不小于3，进一步

从设计上保证气瓶的安全系数。

还规定了应使用有限元方法计算气瓶的应力分布，进一步使气瓶的设计向应力

分析设计靠拢。

基于容器设计理论，当气瓶长径比大于一定值时，在内压作用下，气瓶筒身段

的应力大小与筒身长度无关，而仅与气瓶的内径和壁厚相关。基于此，参考ISO

11515中相关规定，并考虑复合气瓶的特殊性，本标准中规定“复合气瓶可采用系列

化设计，同系列复合气瓶公称工作压力相同，其内胆材料、外径、壁厚、封头型式、

复合层材料、复合层铺层设计和复合层厚度均一致，仅长度不同，且最短长度应为

复合气瓶直径的2倍，最长长度不得超过最短长度的5倍。”同时规定，同系列设计

仅需进行一次型式试验，以增加气瓶生产的效率和经济性，同时也减少资源的浪费。

4.4关于制造

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标准中规定了复合气瓶在制造过程中应遵循的相关制造规则。主要同GB/T

35544保持一致。其中规定了气瓶内胆的热处理制度为固溶时效（T6）热处理，热处

理制度应经工艺评定满足气瓶的设计要求。铝合金内胆不允许施焊。

气瓶的分批数量按TSG23的要求，针对铝内胆碳纤维全缠绕气瓶，要求分批数

量不大于200只加型式试验用气瓶数量。

气瓶复合层材料的缠绕和固化工艺也有经工艺评定合格。

其他相关制造要求也一并提出，例如对瓶嘴螺纹的要求，气瓶内胆内外壁洁净

度要求等。

4.5关于附件

本标准主要内容为气瓶的安全附件，规定该标准气瓶的安全附件的设置应满足

TSG23瓶规的要求，保证与法规规范的一致性。

5、型式试验方法和合格指标

5.1型式试验项目的确定

型式试验是气瓶生产中的重要一环。

ISO11515-2022:Gascylinders—Refillablecompositereinforcedtubes

ofwatercapacitybetween450land3000l—Design,constructionand

testing中针对金属内胆碳纤维缠绕3型瓶所采用的型式试验主要有以下几项：

Ⅰ水压试验（Hydraulicproofpressuretest，orHydraulicvolumetric

expansiontest）;

Ⅱ内胆爆破试验（Linerbursttest）；

Ⅲ气瓶爆破试验（Tubebursttest）;

Ⅳ常温压力循环试验（Ambienttemperaturecyclingtest）;

Ⅴ高低温压力循环试验（Environmentalcyclingtest）;

Ⅵ裂纹容限试验（Flawtest）;

Ⅶ钝物撞击试验（Bluntimpacttest）；

Ⅷ火烧试验（Fireresistanttest）；

BSEN17339-2020:Transportablegascylinders—Fullywrappedcarbon

compositecylindersandtubesforhydrogen中针对铝合金内胆碳纤维全缠绕3型

瓶气瓶所采用的型式试验有以下几项：

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Ⅰ复合材料测试（Test1–Compositesmaterialtests）;

Ⅱ内胆材料测试（Test2-Linermaterialtests）；

Ⅲ内胆爆破试验（Test3–Linerbursttestatambienttemperature）;

Ⅵ压力试验（Test4–Pressuretestoffinishedcylindersatambient

temperature）;

Ⅴ气瓶爆破试验（Test5–Cylinderbursttest）;

Ⅵ常温压力循环试验（Test6–Resistancetopressurecyclesatambient

temperature）;

Ⅶ加速应力破坏试验（Test7-Exposuretoelevatedtemperature）；

Ⅷ钝物撞击试验（Test8-Bluntimpacttest）；

Ⅸ裂纹容限试验（Test9–Flawedcylindertest）；

Ⅹ极限温度循环试验（Test10–Extremetemperaturecycletest）；

Ⅺ火烧试验（Test11–Fireresistancetest）。

对比ISO11515和BSEN17339，17339中比ISO11515多加速应力破坏试验，而

ISO11515中规定，仅复合气瓶采用玻璃纤维为承载纤维时需要进行加速应力破坏试

验。本标准完全采用ISO11515的试验方法，且标准中已经规定承载纤维为碳纤维，

因此并未要求进行加速应力破坏试验。

5.2铝内胆型式试验

铝内胆的型式试验主要包括内胆尺寸、外形和外观质量检查，和热处理后的内

胆材料力学性能检验和金相检验，属于常规检验项目。

本标准中对于内胆的无损检测要求逐只检验。

同ISO11515的规定一样，要求进行气瓶内胆的爆破试验，验证气瓶内胆热处理

后的整体性能。

5.3复合气瓶型式试验

1）水压试验和气密试验

水压试验和气密试验是气瓶类产品常规试验，也是气瓶生产中的批检试验。本

标准水压试验要求按照GB/T9251进行，水压试验压力为1.5倍的公称工作压力。水

压保压时间参照ISO11515，要求保压2分钟。

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气密试验按照GB/T12371进行，考虑气瓶容积，采用涂液法进行测试，且规定

气瓶保压时间为3分钟，高于GB/T12371的规定。

ISO11515和BSEN17339中无气密试验要求。

2）水压爆破试验

水压爆破试验是验证气瓶承压能力的关键试验，本标准中依据TSG23的要求，

将爆破试验压力定为3倍的公称工作压力。

3）常温压力循环试验

ISO11515中，常温压力循环试验的压力上限的根据充装介质而定，当气瓶确定

充装介质时，规定压力上限为介质在65℃时的温升压力（基准温度为15℃）；当气

瓶不确定充装介质时，压力上限为气瓶的水压试验压力。BSEN17339中规定以氢气

在65℃时的温升压力（基准温度15℃）为常温压力循环试验的压力上限，且指明氢

气介质在65摄氏度时的温升压力为1.18倍的公称工作压力。

有关设计循环次数的确定，ISO11515规定，当压力上限为水压试验压力时，循

环次数不得低于250×y次，其中y为设计使用年限，且y不得小于15年，即循环次数

不得低于3750次。当压力上限为温升压力时，循环次数不得低于500×y次，y同样为

设计使用年限，且不得低于15年，则循环次数不得低于7500次。同时要求在2倍的设

计循环次数内，气瓶的失效模式为泄漏，而不是破裂。BSEN17339中充装介质仅为

氢气，但对于循环次数同样分为两类，一类是当气瓶设计为无限寿命时，气瓶的最

小设计循环次数为15000次；另一类是当气瓶设计为有限寿命时，气瓶的最小设计循

环次数为500×y次。y为设计使用年限，且最小为15年。此时，最小设计循环次数同

ISO11515的规定一样，同样为7500次。

本标准中，气瓶的设计使用寿命按照TSG23，规定为15年，设计循环次数的规

定参照ISO11515和BSEN17339，要求设计循环次数不小于7500（=500×15）次。

但循环压力上限参照GB/T35544的要求，定为1.25倍的公称工作压力（此为氢气介

质在85℃时的温升压力）。对比ISO11515，在压力端将气瓶的安全系数提高。

4）火烧试验

火烧试验是为验证气瓶在火灾状况下的安全性能。

ISO11515中规定在火烧试验中，气瓶采用氮气或空气充装至气瓶试验压力的

2/3（公称工作压力），横置气瓶的中心应为于火焰中心正上方，且火焰横向长度

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为1.65米。应是模拟长管拖车或管束式集装箱公路运输时，底盘轮胎着火的突发状

况。

针对合格标准，ISO11515规定了两种情况。一是当气瓶设计时确定了安全装置

的型号，则气瓶火烧试验时应安装有特定的安全装置，且气瓶在火烧时气体从安全

装置泄放为合格；二是当气瓶设计时未明确安全装置，则可以仅气瓶进行火烧，此

时，合格标准为在火焰温度达到标准要求后的5分钟内，气瓶不得破裂（爆破），

但气瓶可以发生泄露，不管是从阀门（当安装有阀门时）、或者是气瓶瓶身。

BSEN17339中，火烧试验与ISO11515的规定基本相同，火焰长度要求至少为

1.6米。同样，火烧试验规定的合格标准也为在5分钟内气瓶不得发生破裂（爆破），

但可以发生泄露。或者在5分钟内，气瓶安全装置开启泄放。

本标准中的火烧试验参照ISO11515规定，但在合格标准的规定上，要求实验中

从安全装置泄放或者30分钟内气瓶不得发生破裂（爆破）为合格。

5）极限温度压力循环试验

该实验参照ISO11515的规定，且合格指标同ISO11515。

ISO11515中，允许气瓶的使用环境温度为-40℃～65℃（全球极限温度），试

验时，高温环境允许的温度范围为60℃～70℃，低温环境允许的温度范围为-50℃～

-40℃。而本标准中，依据TSG23瓶规的规定，允许的气瓶使用环境温度为-40℃～

60℃（中国极限温度），但试验环境温度仍然参照ISO11515。

6）裂纹容限试验

该试验参照ISO11515，验证气瓶在人工缺陷下的使用性能。

同ISO11515，以比例的形式规定裂纹深度，要求复合层裂纹深度不小于复合层

材料厚度的0.2倍。

ISO11515的合格指标要求，带缺陷气瓶的常温压力循环试验3000次，气瓶不得

泄露或破裂，且循环压力上限为2/3倍的水压试验压力（公称工作压力）。本标准

基于带缺陷气瓶的安全性考虑，同样规定带缺陷气瓶应进行3000次常温压力循环，

气瓶不应发生泄露和破裂失效，但将循环压力上限规定为1.25倍公称工作压力或60℃

温升压力，提高了气瓶的安全系数。

7）钝物撞击试验

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该试验参照ISO11515，详细规定了钝物冲击头的形状，撞击位置，撞击能量等

。合格指标要求，在受到撞击后，气瓶在3000次压力循环内，不得泄露或爆破，在

3000次后，气瓶的失效模式不得是爆破。ISO11515中，循环压力上限为在65℃时的

最大温升压力（约为1.18倍公称工作压力）。本标准中，针对氢气，要求循环压力

上限为1.25倍的公称工作压力。

8）枪击试验

此实验参照ISO11515和GB/T35544进行。

试验时，气瓶充装氮气、氦气或氢气至公称工作压力，枪击后，气瓶不得发生

破裂（爆破）。

五、主要技术难点

本标准在编制过程中，主要技术难点如下：

1、适用参数范围的确定

目前，对于大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶相关标准，国内处于空白。因

此在本标准制定过程中，无国内相关经验可参考。在参考相关领域的国际标准基础

上，并结合相关参编单位实际应用情况和技术水平，确定本标准的相关参数范围。

2、型式试验项目的确定和各型式试验项参数的确定

本标准的型式试验项目和试验参数主体引用了ISO11515标准的要求，同时参

考了EN17339标准和国内GB/T35544和GB/T28053等相关标准。

相比于国内的标准，本标准中的气瓶产品使用场景完全不同，且参数范围也相

差很大。在型式试验项目的确定时，基于的使用逻辑完全不同，因此本标准的试验

项目与国内相关标准有很大差别。

六、工作概况

1、第一次工作会议（启动会）

2023年4月，根据现有标准发展状况，海鹰空天材料研究院（苏州）有限责任公

司在中国特种设备安全与节能促进会的指导下，联合公司浙江蓝能氢能科技股份有限

公司、中材科技（苏州）有限公司、石家庄安瑞科气体机械有限公司、上海市特种

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设备监督检验技术研究院、中国特种设备检测研究院、中国石油昆仑物流有限公

司、中国石化销售股份有限公司应