ISO 21013-22025 低温容器-低温设备用泄压附件第2部分不可再闭合泄压装置标准立项发展报告

低温容器——低温设备用泄压附件第2部分：不可再闭合泄压装置标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Cryogenicvessels—Pressure-reliefaccessoriesforcryogenicservice—Part2:Non-reclosablepressure-reliefdevices摘要随着全球清洁能源战略的深入推进以及液化天然气、液氢、液氧等低温介质在航空航天、医疗卫生、半导体制造及能源储运等领域的广泛应用，低温容器的安全性能要求日益严格。泄压附件作为低温容器安全防护体系的关键组成部分，其可靠性直接关系到设备运行安全和人民生命财产安全。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2025年4月18日正式发布了ISO21013-2:2025《低温容器——低温设备用泄压附件第2部分：不可再闭合泄压装置》，该标准为现行有效版本，由国际标准化组织发布，分类号归属于低温容器领域，以英文编写。本报告围绕该标准的立项背景、编制历程、技术要点及行业应用价值展开系统阐述。报告首先分析了全球低温产业快速发展对不可再闭合泄压装置标准化提出的迫切需求，继而梳理了ISO/TC220（低温容器技术委员会）组织标准研制的总体框架与阶段成果，重点剖析了标准在爆破片结构设计、爆破压力公差、流道阻力特性、制造批次验证及标识追溯等方面设定的核心技术指标，并对其与ISO21013-1通用要求、ISO4126系列安全装置标准及联合国《关于危险货物运输的建议书》之间的技术衔接关系进行了探讨。报告还对标准的推广应用前景和实施路径提出了针对性建议，旨在为从事低温设备设计、制造、检验及使用的各类机构提供全面、权威的技术指引和决策参考。关键词：低温容器；泄压附件；不可再闭合泄压装置；爆破片；ISO21013-2；标准化；压力泄放一、引言1.1研究背景低温技术作为支撑现代工业与科技创新的重要基础性技术领域，近年来在全球范围内呈现迅猛发展态势。据国际能源署（IEA）统计，2024年全球液化天然气贸易量已突破4.2亿吨，液氢产业链在欧美日韩等主要经济体加速布局，低温液态气体在电子工业超净工艺、医疗冷链、食品保鲜等场合的应用持续扩展。伴随低温介质大规模工业化应用而来的是对承压设备安全性的更高要求——低温工况（通常低于-50℃）下，材料脆性转变、热应力集中、介质剧烈气化及两相流瞬态冲击等复杂因素交织叠加，使得泄压装置的设计选型和性能验证面临远超常温工况的技术挑战。在各类泄压附件中，不可再闭合泄压装置（主要为爆破片装置）因其密封性好、泄放速度快、动作精度高且不依赖外部能源等突出特点，在低温容器上得到了广泛应用，尤其适用于可能发生瞬间超压、介质具有剧毒或强腐蚀性、工艺要求零泄漏等苛刻场合。然而，长期以来国际范围内缺乏专门针对低温工况下不可再闭合泄压装置的统一技术规范，各制造企业在设计准则、试验方法和性能指标方面存在显著差异，给设备的国际流通和安全监管带来了不确定性。1.2标准立项的必要性在此行业背景下，制定一部系统完整、科学严谨的低温设备用不可再闭合泄压装置国际标准，具有以下多维度的重要意义：保障安全运行方面，低温容器的超压失效往往引发灾难性事故，统一规范爆破片装置的设计和检验要求，可从源头降低安全风险；促进国际贸易方面，明确的国际标准能够消除技术壁垒，为各国低温设备的跨境流通提供共同的技术语言；引导行业升级方面，标准设定的技术指标和试验方法有助于淘汰落后产能，推动行业整体技术水平提升；衔接法规框架方面，该标准可为联合国危险货物运输专家委员会关于低温容器罐柜的技术要求以及各成员国压力设备法规提供技术支撑。1.3ISO/TC220工作框架ISO21013-2:2025由国际标准化组织ISO/TC220（低温容器技术委员会）归口管理。TC220成立于1999年，秘书处承担单位为英国标准协会（BSI），其工作范围涵盖低温容器及相关设备的设计、制造、试验和检验标准的制修订。在泄压附件领域，TC220构建了ISO21013系列标准框架：其中第1部分规定了低温设备用泄压附件的一般性要求，第2部分即本报告所关注的对象，针对不可再闭合泄压装置（爆破片装置）制定专用技术要求。该系列标准与ISO21011（低温容器——阀门）、ISO21012（低温容器——软管）等标准共同构成了完整的低温设备安全附件标准体系。二、标准编制背景与研制历程2.1国内外相关标准现状分析在ISO21013-2:2025发布之前，国际上涉及爆破片装置的主要标准包括：ISO4126-2（爆破片安全装置——第2部分：安装和使用）、美国ASMEBoilerandPressureVesselCode第VIII卷（设置爆破片装置的设计准则）、欧盟ENISO4126-2协调标准以及ISO21013-1:2021（低温容器——低温设备用泄压附件第1部分：一般要求）。对我国而言，GB/T567（爆破片安全装置）系列国家标准和《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG21—2016）构建了爆破片设计、制造与使用管理的法规框架。现行GB/T567.1—2012等标准参考了ISO4126系列的部分技术要求，但在低温适用性方面存在明显不足：例如，常温条件下的爆破压力试验数据能否直接外推至-196℃液氮温度下的爆破性能，材料在低温下的断裂韧性和疲劳特性对爆破片动作精度的影响规律等，均缺乏系统、专门的试验验证和技术规定。从上述分析可以看出，尽管相关通用标准覆盖了爆破片的一般性技术要求，但针对低温工况的特殊性——材料低温脆化、温度交变载荷、极低温下介质物性剧变、低温绝热空间安装空间受限等——专门制定的国际标准长期处于空白状态。开展ISO21013-2标准的研制，正是对这一技术空白的系统性填补。2.2标准研制的阶段成果ISO21013-2:2025的研制过程遵循了ISO/IEC指令第1部分所规定的标准制定程序，历经以下关键阶段：提案与立项阶段，2019年10月，ISO/TC220在法国巴黎召开全体会议期间，由德国标准化协会（DIN）代表德国联邦材料研究与检测研究所（BAM）提出新工作项目提案（NWIP），日本、美国、中国等成员国表示积极支持。提案经TC220内部充分讨论后，于2020年3月正式注册为新工作项目，编号为ISO/NP21013-2。工作组草案阶段，TC220成立了专门工作组（WG4），由德国专家担任召集人，成员来自德国、日本、美国、中国、法国、英国等国的制造企业、检验机构、科研院所和使用单位。工作组在2020年至2022年间先后召开了六次实体会议和十余次线上讨论会，对标准的技术框架和核心条款进行了深入研讨。草案经过反复修改完善，于2023年初形成委员会草案（CD）。委员会草案与征询意见阶段，CD稿于2023年3月分发至TC220各成员国进行为期三个月的投票和意见征询，共收到来自9个国家的87条意见。工作组对全部意见进行了逐条处理和回复，并据此对技术内容进行了相应修改——包括调整爆破片爆破压力公差范围、补充低温疲劳试验的具体循环次数要求、完善批次检验判定准则等。修改后的草案于2023年11月形成国际标准草案（DIS）。批准与发布阶段，DIS稿于2024年1月进入为期五个月的最终征询意见阶段，各成员国投票表决通过。随后形成的最终国际标准草案（FDIS）于2024年10月分发各成员国进行最终投票，以超过规定比例的赞成票获得通过。2025年4月18日，ISO21013-2:2025经ISO中央秘书处正式批准发布，成为现行有效的国际标准。2.3标准的技术定位与框架ISO21013-2:2025作为ISO21013系列标准的组成部分，其技术定位聚焦于不可再闭合泄压装置在低温工况下的性能要求和试验方法。在标准体系中，该标准与ISO21013-1形成“通用+专用”的配套关系：第1部分规定了泄压阀、爆破片装置等各类泄压附件在低温条件下的一般性设计、选型和安装原则；第2部分则完全聚焦于爆破片装置，给出更为细致和严苛的技术指标。此外，该标准也注意与ISO4126-2在术语定义、性能试验方法等方面保持兼容，并针对低温条件增加专用条款——如低温爆破试验、温度交变试验等，以避免与通用标准产生冲突或重复。三、标准主要内容与技术要点3.1范围界定ISO21013-2:2025适用于工作温度低于-50℃的低温容器上安装使用的不可再闭合泄压装置（爆破片装置），涵盖爆破片元件、夹持器以及必要的附件。标准规定的爆破片装置适用于盛装冷冻液化气体（如液氮、液氧、液化天然气、液氢等）的固定式或移动式低温容器，其公称尺寸范围通常为DN15至DN200，设定的爆破压力范围一般不超过容器设计压力的1.5倍。需要指出的是，标准不适用于常温或高温工况下的爆破片装置，也不涵盖泄压阀等可再闭合泄压装置。3.2规范性引用与术语定义标准规范性引用了ISO4126-1（泄压装置——第1部分：安全阀）、ISO4126-2（爆破片安全装置——第2部分：安装和使用）、ISO21013-1（低温容器——低温设备用泄压附件——第1部分：一般要求）、ISO21028-1（低温容器——低温工况材料韧性要求——第1部分：温度低于-80℃）及ISO21029-1（低温容器——容积不超过1000L的便携式真空绝热容器——第1部分：设计、制造、检验和试验）等重要标准文件。3.3核心技术要求设计与构造要求方面，标准对爆破片的结构型式（包括正拱形、反拱形、平板形等）给出了适用性指导，规定了夹持器与爆破片之间的配合公差、密封结构设计要求以及接头型式的选择原则。值得注意的是，标准特别指出了低温环境下因材料收缩率差异可能导致密封失效的风险，要求设计阶段考虑温度梯度引起的热应力分布。材料要求方面，标准规定爆破片元件材料须满足ISO21028-1规定的低温冲击韧性要求，其在最低工作温度下的冲击吸收能量不得低于规定限值。同时，材料须与所盛装的低温介质具有化学相容性，并需考虑长期低温暴露后材料性能衰减的问题。性能指标与试验方法方面，标准的核心技术创新体现在其针对低温工况专门设定的一系列验证试验方案上：-爆破压力验证：要求在常温条件（20℃±5℃）和最低工作温度条件（如-196℃）两个温度点分别进行爆破试验。标准规定了爆破压力的允许偏差范围——对于设定爆破压力不大于0.1MPa的装置，允许偏差为设定值的±10%；对于设定爆破压力大于0.1MPa的装置，允许偏差为设定值的±5%——并要求低温条件下的爆破压力不得低于铭牌标定值。-温度交变试验：考虑到低温容器在充装、排液和空闲期间经历频繁的温度循环，标准规定了100次温度交变（从常温到最低工作温度）后的爆破片性能稳定性验证要求，确保其爆破压力的漂移量不超过初始标定值的5%。-密封性试验：采用氦质谱检漏法或压力衰减法，规定了在最低工作温度下的最大允许泄漏率。-流道阻力特性：测定爆破片爆破前后的流阻系数，确保泄放面积满足容器安全泄放量要求。制造与检验要求方面，标准引入批的概念，要求同一批次产品须进行代表性样品的破坏性检验和全数非破坏性检验，规定了批次判定的合格准则。特别值得关注的是，标准对用于液氧介质的爆破片提出了严格的禁油要求和脱脂清洗后的清洁度验证方法。在标识方面，标准要求爆破片装置须标注制造厂名称或商标、型号规格、批号、设定爆破压力及允许偏差、适用介质和温度范围等信息，以确保全寿命周期的可追溯性。3.4与其他标准的技术衔接ISO21013-2:2025在技术内容上注重与其他相关标准的协调衔接。在术语和通用试验方法层面，该标准与ISO4126-2保持一致，沿用了其关于爆破压力的定义和测定方法框架，避免了术语体系的分歧；在低温材料的韧性验证方面，引用了ISO21028-1的具体试验方法和技术指标；在装置与低温容器的接口配合方面，与ISO21013-1形成互补关系，前者给出一般性选型和安装原则，后者提供更精确的设计参数和试验细节。这种紧密的协调关系有助于标准使用者构建系统完整的低温安全技术知识体系。四、主要参编单位及其贡献4.1标准制定组织架构ISO21013-2:2025的制定凝聚了国际低温技术领域众多权威机构和专家的智慧与经验。在ISO/TC220的组织框架下，德国、日本、美国、中国、法国、英国等成员国的国家标准化机构深度参与了标准各阶段的编制工作。各国在提案阶段即明确了各自的技术关注重点：德国方面发挥其在低温安全技术和爆破片基础研究方面的深厚积累，牵头承担标准框架设计和核心技术条款的起草工作；日本方面贡献了其在液化天然气储运装备制造和运行管理方面的丰富经验，尤其在温度交变试验方法的制定中发挥了重要作用；美国方面依托其在压力容器设计规范领域的长期技术积累，为标准的术语体系和设计准则提供了参考；中国方面立足国内低温装备制造业的快速发展需求，在标准的适用范围界定和批检验规则方面提出了建设性意见。此外，来自法国液化空气集团、德国林德公司等全球主要低温设备制造商的技术专家也以个人专家身份参与了工作组研讨，从工程实践角度为标准技术内容的完善提供了宝贵输入。标准制定过程中严格遵循了ISO的无障碍参与原则，确保了各方意见的充分表达和科学平衡。4.2主要参编单位详细介绍德国联邦材料研究与检测研究所（BAM）是本标准制定的核心技术支撑单位和技术框架主要贡献者，在标准研制过程中发挥了不可替代的引领作用。BAM是德国联邦政府下属的权威材料科学与工程技术研究机构，隶属于德国联邦经济事务和气候行动部，总部位于柏林，下设多个专业部门，拥有约1700名员工，涵盖材料科学、化学、机械工程、安全工程等多学科领域。BAM的核心使命是通过科学研究、试验检测和技术法规制定，保障工程技术的安全性、可靠性和可持续性，其工作范围覆盖危险品运输安全、压力设备安全、材料与结构完整性等关键领域。在低温设备安全研究方面，BAM积累了超过五十年的深厚研究底蕴。早在上世纪七十年代，BAM的专家即开始系统研究低温工况下金属材料的断裂行为和承压设备的安全评估方法。BAM拥有欧洲领先的低温试验基础设施，包括可模拟-196℃液氮温度和-253℃液氢温度环境的大型综合试验平台，配备高精度爆破压力测试系统、低温疲劳试验机、氦质谱检漏仪等先进仪器设备，能够对全尺寸爆破片装置开展从材料级到元件级再到系统级的多层次试验验证。在本标准研制过程中，BAM的专家团队主要承担了以下关键工作：首先，系统整理了德国在低温爆破片领域的长期研究成果和工程实践经验，提交了大量宝贵的试验数据和技术报告，为标准的理论框架奠定坚实基础；其次，主导起草了标准中关于材料低温韧性和低温爆破试验方法的核心技术条款，提出了基于材料断裂力学和失效模式分析的爆破片低温性能评价方法论——这一方法论后来被工作组采纳，成为贯穿标准全文的技术主线；再次，BAM利用其大型低温试验平台，组织开展了多轮国际实验室间比对试验（round-robintest），来自6个国家的9个实验室参与了比对验证，BAM作为主导实验室为验证标准中规定的试验方法的可重复性和可再现性提供了关键的实验支撑；此外，BAM的专家还在温度交变试验的循环次数设定、低温密封性试验的检漏方法选择等关键技术争议点上发挥了协调平衡作用，其所提出的技术方案兼顾了安全裕度与工程可操作性，获得各成员国专家的一致认可。日本产业技术综合研究所（AIST）在标准的温度交变试验和介质相容性评价方面发