低溫裝備產業標準體系的研究與構建

摘 要：【目的】低溫裝備產業發展迅猛，近年取得了突破性進展，在液氦溫度千瓦級和超流氦溫度百瓦級領域打破了國外長期壟斷，形成了具有自主知識產權的技術和裝備，相關技術標準缺失、產業總體框架不清晰等問題制約了產業進一步發展。【方法】基于低溫裝備產業發展現狀及標準需求，以產品生產序列為主維度，遵循全面性、科學性、前沿性、適用性原則，建立了低溫裝備產業標準體系，形成了體系框架和明細表。【結果】通過分析現有標準薄弱之處，提出了低溫裝備產業關鍵標準制修訂建議及標準體系建設和實施建議，建議制定標準多集中在超低溫裝備、制造工藝、運輸貯存方面。【結論】相關研究結果為提升低溫裝備產業相關企業標準化水平、加快核心技術標準化進程提供借鑒參考。

關鍵詞：低溫裝備；標準體系；標準

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2025.03.015

基金項目：本文受國家市場監督管理總局科技項目“基于可視化的精密真空鍍膜裝備競爭技術甄選與產業標準化研究”（項目編號：2020MK082）資助。

Research and Construction of the Standards System of Cryogenic Equipment Industry

YE Jun-wen CHEN Shu-qu

（Zhongshan SZ Institute of Standards and Quality）

Abstract： [Objective] The cryogenic equipment industry has developed rapidly and made breakthrough in recent years. It has broken the long-term monopoly of foreign countries in the fields of kilowatt level liquid helium temperature and hundred watt level superfluid helium temperature， and formed technology and equipment with independent intellectual property rights. However， the lack of relevant technical standards and unclear overall industrial framework have constrained the further development of the industry. [Methods] Therefore， based on the current development status and standard requirements of the cryogenic equipment industry， takes product production sequence as the main dimension， follows the principles of comprehensiveness， scientificity， cutting-edge， and applicability， establishes a standards system of the cryogenic equipment industry， forms a system framework and detailed table. [Results] It also analyzes the weaknesses of existing standards， proposes suggestions for the development of key standards and the construction and implementation of the standards system for the cryogenic equipment industry， and suggests that the development of such standards should focus more on ultracryogenic equipment， manufacturing processes， transportation and storage. [Conclusions] The relevant research results provide reference for improving the standardization level of enterprises in the cryogenic equipment industry and accelerating the standardization process of core technologies.

Keywords： cryogenic equipment， standards system， standard

0 引 言

大科學裝置、航空航天及其他高技術領域的飛速發展催生了對于大型低溫制冷裝備的巨大需求[1-2]。低溫是指溫度在120K至絕對零度之間的溫度[3]，低溫裝備產業是指涵蓋研發、生產、配套服務等一系列實現和維持低溫環境的設備與系統的產業。在國際上開展的各種大科學工程裝置中，有半數以上的裝置必須使用大型低溫制冷系統，而我國開展的大科學工程研究項目中需要大型氦低溫系統的比例已經達到60%[4]。隨著國家對科技創新和高端裝備制造業的重視，低溫裝備產業在我國取得了快速發展。當前，我國低溫裝備產業已形成了以液化天然氣、液化空氣分離、低溫蓄能、超導技術等為核心的技術體系，并實現了自主創新和產業化。這些技術在多個領域得到廣泛應用，包括航天航空、醫藥生物、電子信息等。低溫裝備產業在發展過程中，對于標準化的需求明顯[5-6]，本文通過構建低溫裝備產業標準體系，整理國內外低溫裝備相關現行標準，編制低溫裝備產業標準體系框架，提出低溫裝備產業關鍵標準制修訂建議，為區域高科技產業集群形成和發展提供標準化支撐。

1 構建低溫裝備產業標準體系的背景和意義

習近平總書記指出：“把制造業高質量發展作為主攻方向，把創新擺在發展全局的突出位置”。《廣東省制造業高質量發展“十四五”規劃》提出：“瞄準國際先進標準打造先進制造業基地，構建大中小企業融通發展的企業群，培育打造十大戰略性支柱產業集群和十大戰略性新興產業集群，加快推動先進制造業和現代服務業深度融合發展。”低溫裝備在液化天然氣、液氮及液氦的生產、儲存和運輸中發揮著重要作用，低溫裝備產業在技術創新和應用拓展方面具有巨大潛力。以中山市為例，中山市低溫裝備產業核心裝備制造基地位于翠亨新區，同時在三角鎮高平工業園區正在建設粵港澳大灣區首個涵蓋氦氣、電子特氣以及空分裝置的綜合氣體島，建成后將成為粵港澳大灣區首個國產氦氣供應基地。低溫裝備產業的進一步發展將有力推進本地高端裝備制造產業的快速發展，滿足國家大科學裝置、戰略氦資源綜合開發利用的需求。低溫裝備產業標準化發展是助力產業優化升級的有力手段[7]，由于缺乏統一的技術規范和標準，導致產品質量參差不齊、技術水平整體發展受限。同時，低溫裝備的設計和使用規范化，可確保設備穩定運行，降低安全風險。通過供給產業鏈上、中、下游企業在技術研發、裝備制造、檢測、運輸和售后服務等各方面的標準化支撐，提升產業整體標準化水平[8]，推動低溫裝備產業高質量發展。

2 低溫裝備產業標準化現狀

低溫裝備產業相關標準化技術委員會主要有全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會（SAC/ TC 262），下設固定式壓力容器（SAC/TC 262/SC 2）、壓力管道（SAC/TC 262/SC 3）、移動式壓力容器（SAC/TC 262/SC 4）、熱交換器（SAC/ TC 262/SC 5）、在役承壓設備（SAC/TC 262/SC 6）、低溫容器（SAC/TC 262/SC 8）等6個分技術委員會，以及全國氣瓶標準化技術委員會低溫絕熱氣瓶分技術委員會（SAC/TC 31/SC 9）、全國氣體分離與液化設備標準化技術委員會（SAC/TC504）。目前，這些技術委員會已發布相關國家標準299項，主要集中在熱交換器、壓力容器、壓力管道、固定式真空絕熱深冷壓力容器、空氣分離設備、承壓設備系統檢驗實施導則等，為低溫裝備產業的發展提供了強有力的技術支撐。

隨著低溫超導技術、低溫電子學等領域對大制冷量和低溫環境需求的提高，以及我國于2021年成功研發液氦溫度千瓦級和超流氦溫度百瓦級大型低溫制冷裝備，打破了國外在該領域的長期壟斷，取得了一系列核心技術突破并實現產業化[9-14]，大型低溫制冷系統整機設計、氣體軸承氦透平膨脹機、大型超流氦負壓換熱器、氦氣噴油螺桿壓縮機、高穩定性離心式冷壓縮機、大型復雜低溫制冷系統集成與調試技術規范等超低溫裝備相關的標準正處于逐步建立階段。然而，相關關鍵標準的缺失制約了產業的進一步發展。因此，亟須建立低溫裝備產業標準體系，分析現有標準的薄弱環節，明確今后的主攻方向，為低溫裝備產業標準制修訂規劃提供建議。

3 低溫裝備產業標準體系構建基礎

3.1 編制依據

（1）政策依據。以《中華人民共和國標準化法》《中華人民共和國安全生產法》《中華人民共和國特種設備安全法》《中華人民共和國產品質量法》《國家標準化發展綱要》《國家標準化體系建設發展規劃》《廣東省制造業高質量發展“十四五”規劃》和《中山市推動高端裝備制造產業發展行動方案（2024—2026年）》等法律法規和政策性文件為本標準體系的編制依據，滿足國家、廣東省和中山市政治經濟社會發展需要。

（2）標準依據。以GB/T 12366—2009《綜合標準化工作指南》、GB/T 13016—2018《標準體系構建原則和要求》、GB/T 13017—2018《企業標準體系表編制指南》、GB/T 15496—2017《企業標準體系 要求》、GB/T 15497—2017《企業標準體系 產品實現》、GB/T 15498—2017《企業標準體系 基礎保障》等標準體系工作方法為依據，開展低溫裝備產業標準體系構建工作。

（3）低溫裝備產業總體技術構成。根據低溫裝備產業屬于裝備制造業這一性質，可將其進一步細分為重大成套技術裝備。低溫裝備產業包含了服務于產品的上游、中游、下游產業鏈，從產品生產序列來看，其產業構成，包括零部件、研發、裝備、制造工藝、測試、標識包裝運輸貯存、售后等各領域，如圖1所示。

3.2 編制原則

（1）目標明確。標準體系要滿足低溫裝備產業實現長遠發展目標的需要，能夠促進高端裝備制造產業的高質量發展，達到科學有序、提高產品質量和經濟效益的目的。

（2）全面成套。應力求全面成套，充分貫徹國家標準、行業標準和地方標準，將低溫裝備產業技術研發、裝備制造、檢測、運輸和配套服務的標準納入體系。

（3）適度超前。充分借鑒裝備制造領域產業標準體系和標準化實踐先進經驗[15-18]，結合低溫裝備產業特點，在提高標準化對產業支撐的有效性和準確性的前提下，適度前瞻，為低溫裝備新技術預留標準空間，保障標準研制的科學性和前沿性。

（4）動態調整。著眼于低溫裝備產業現狀和未來趨勢，兼顧近期需求和長期目標，既強調低溫裝備產業標準體系框架的穩定性，分階段分批次制定和推廣關鍵領域標準，又保持低溫裝備產業標準體系的可擴充性和動態調整性，根據政策導向、市場變化等情況，及時進行調整和更新。

4 低溫裝備產業標準體系框架結構

4.1 標準體系結構

低溫裝備產業標準體系以基礎與管理標準為基礎，支撐低溫裝備制造的零部件、研發、裝備、制造工藝、測試、標識包裝運輸貯存、售后全產業鏈關鍵技術標準。基礎與管理標準包括：名詞術語、圖形符號、安全、管理等四大類。基礎與管理標準位于低溫裝備產業標準體系結構圖頂層，是裝備制造與產品供應的基礎支撐。零部件標準、研發標準、裝備標準、制造工藝標準、測試標準構成了裝備制造標準，是產品供應標準的基礎保障。產品供應標準位于低溫裝備產業標準體系結構的最底層，面向各行業應用需求。低溫裝備產業標準體系結構圖如圖2所示。

4.2 標準體系框架

基于低溫裝備制造業標準化現狀和低溫裝備制造產業標準需求、技術發展情況，將低溫裝備產業標準體系劃分為8個子體系：基礎與管理、零部件、研發、裝備、制造工藝、測試、標識包裝運輸貯存、售后。這8個子體系覆蓋了低溫裝備產業鏈的上、中、下游，保證了體系結構合理、層次分明、科學適用。低溫裝備產業標準體系框架如圖3所示。

5 低溫裝備產業標準體系明細表

將低溫裝備產業標準體系結構關系模型轉化成表格形式，編制低溫裝備產業標準體系明細表。該標準體系包含320項標準（包括建議制定標準31項），其中基礎與管理標準56項，零部件標準42項，研發標準31項，裝備標準75項，制造工藝標準37項，測試標準52項，標識包裝運輸貯存標準22項，售后標準5項。標準統計見表1所示，建議制定標準明細見表2。就目前標準體系情況而言，通用基礎、零部件方面的標準相對較完善，超低溫裝備、制造工藝、運輸貯存方面的標準相對缺失。因此，待制定標準中需求程度較大的多集中在超低溫裝備、制造工藝、運輸貯存方面。

6 低溫裝備產業標準體系建設和實施的建議

一直以來，我國在低溫裝備的技術研發方面投入大量人力和物力，經過幾十年的積累，我國低溫裝備事業取得了質的飛躍。在新的歷史時期，在推進大型低溫氦制冷系統技術研發的同時，其相關的標準制定應同步推進。例如：關鍵材料標準，包括液氦壓力容器用不銹鋼、液氦儲罐絕熱材料、液氦壓力容器用焊接材料等；產品設計標準，包括大型低溫制冷系統整機設計規范、大型低溫制冷系統集成與調試技術規范、奧氏體不銹鋼制超低溫壓力容器專項技術要求、液氦壓力容器、噴油式雙螺桿壓縮機、低溫板翅式換熱器、低溫透平膨脹機、氦液化器用純化器、低溫氣動調節閥技術要求等；氦低溫系統運行和維護標準[15]，包括維護檢修規程、液氦生產系統檢驗規程、透平膨脹機質量檢驗規范、液氦壓力容器檢驗規程等。政府部門應制定重點產業標準化發展計劃，搭建政府、企業、技術機構交流平臺，通過加強與高水平標準化技術機構合作交流，推動技術標準化進程。標準體系需在有效范圍內實施，以發揮其對產業的促進作用。為提高執行效率和實施效果，可以龍頭企業實施標準體系為抓手，依托龍頭企業在產業鏈中的鏈主地位，帶動其供應鏈伙伴積極執行相關標準。這不僅有利于提高產品質量，形成良性循環，還能帶動產業整體標準化水平提升。

參考文獻

[1]雷靈龍，彭楠，劉立強，等.大型氦低溫系統多變量控制[J].低溫工程，2017（1）：26-30+58.

[2]郭文勇，蔡富裕，趙闖，等.超導儲能技術在可再生能源中的應用與展望[J].電力系統自動化，2019，43（8）：2-19.

[3]吳業正，朱瑞琪，李新中，等.制冷與低溫技術原理[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]張朋.大型氦低溫系統關鍵技術及工作特性研究[D].武漢：華中科技大學，2019.

[5]周偉明，陳朝暉，魏蔚.深冷真空絕熱容器標準技術發展與展望[J].壓力容器，2013，30（2）：1-14.

[6]宣喻龍，陸磊.螺桿膨脹機領域技術標準化工作現狀與實踐[J].江西科學，2015，33（4）：589-592+601.

[7]朱斌，陳惠玲，鄭華婷，等.信息時代背景下裝備制造企業現狀及標準體系的創新探究[J].中國標準化，2023（4）：39-42.

[8]張月月，萬書玥，王國妤，等.標準參與、產業鏈協同與企業高質量發展：基于中國高端裝備制造企業的實證分析[J].工業技術經濟，2024，43（10）：150-160.

[9]石順寶，陳叔平，朱鳴，等.高真空多層絕熱低溫容器絕熱夾層真空度對內容器壓升率的影響[J].壓力容器，2021，38（10）：16-22.

[10]吳全龍，胡熙玉.真空絕熱低溫容器安全泄放裝置應用探討[J].壓力容器，2020，37（10）：70-78.

[11]何遠新，黃政賢，李濘，等.新型寬量程真空測量裝置研究及運用[J].低溫工程，2021（2）：12-17.

[12]李超龍，許世峰，文鍵，等.負壓低溫板翅式換熱器鋸齒翅片性能的數值模擬研究[J ].真空與低溫，2021，27（2）：141-145.

[13]鄒中宇，張啟勇，朱志剛，等.鋸齒型翅片內不同溫區氦氣流動與傳熱性能對比及節距對翅片性能影響的研究[J].真空與低溫，2024，30 （3）：274-281.

[14]張澤，周楷淼，鄧坤瑜，等.氦低溫透平膨脹機熱力性能數值模擬與實驗測試[J ].西安交通大學學報，2024，58（2）：109-115.

[15]艾鑫，陳旭恒，匡大志，等.氦低溫系統運行和維護研究[J].中國設備工程，2023（23）：92-94.

[16]劉貴富.產業鏈基本理論[D].長春：吉林大學，2006.

[17]李敏嬌，王琳，喬羽，等.基于產業鏈的標準體系構建[J].標準科學，2023（S1）：22-26.

[18]范澍田，宋國建.標準體系結構適用性分析[J].標準科學，2020（1）：31-34.