氦氣是一種稀缺的戰(zhàn)略資源，尤其在我國，氦氣資源極其匱乏，幾乎全部依賴進(jìn)口。但氦氣用途非常廣泛，是軍事偵察用飛艇及工業(yè)光纖、半導(dǎo)體、空調(diào)、焊接等高端制造領(lǐng)域的重要資源。2017年卡塔爾外交塌方事件又一次重創(chuàng)了全球氦氣的正常供給，讓很多氣體企業(yè)和用戶非常頭疼。國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域氦氣消耗量逐年大幅增長，但在工業(yè)領(lǐng)域沒有提純循環(huán)利用，消耗性使用后直接排入大氣，造成極大浪費(fèi)的情況。所以，全面進(jìn)行工業(yè)領(lǐng)域氦氣提純循環(huán)技術(shù)研究，再次成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
【技術(shù)簡介】
氦氣提純循環(huán)設(shè)備常用方法是低溫，冷凝法。此外，在設(shè)備研制過程中還采用了大量低溫領(lǐng)域的新技術(shù)，包括高壓氦氣壓縮機(jī)的減振、耐低溫高壓紫銅管道特種焊接技術(shù)、低溫高壓活接密封技術(shù)等，以優(yōu)化產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上，通過在膜分離法提純技術(shù)上取得突破，通過復(fù)合提純分離方法，將純度≥10%的低純氦氣提純至99.5%以上，系統(tǒng)純化回收率≥60%。據(jù)悉，我國相關(guān)企業(yè)的光纖高純氦氣回收提純項(xiàng)目在深圳順利通過驗(yàn)收，接入用戶生產(chǎn)線正式供氣。該項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了高溫、高速、高粉塵的環(huán)境下無擾動(dòng)氣體回收，將氦含量≤50%的原料氣在線純化后供回＞99.999%高純氦氣，具有24小時(shí)無人值守自動(dòng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。項(xiàng)目基建及抽氣、供氣管路布置和現(xiàn)場施工嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，滿足用戶質(zhì)量和安全要求，總體可節(jié)約氦氣使用量55%以上，得到了用戶的肯定和贊賞。
【技術(shù)特點(diǎn)】
我國企業(yè)所制造的新型工業(yè)廢氦氣提純循環(huán)利用設(shè)備采用工業(yè)化的PLC對系統(tǒng)中氦氣的純度、測量、壓力、溫度等進(jìn)行監(jiān)測。由此實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)、干燥凈化裝置、純化器、各控制閥門的全自動(dòng)化監(jiān)控，完成設(shè)備自動(dòng)化操作。全智能化、安全、可靠的自動(dòng)控制技術(shù)亦是項(xiàng)目的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和特點(diǎn)。
氦氣提純是一項(xiàng)國際前沿研究領(lǐng)域，采用的方法有低溫冷凝、膜分離、變壓吸附、化學(xué)吸附等方法。我國企業(yè)在低溫研究的基礎(chǔ)上，突破低溫冷凝分離法的研究技術(shù)瓶頸，開發(fā)工業(yè)氦氣膜分離提純技術(shù)和設(shè)備，與國際巨頭在氦氣提純技術(shù)和設(shè)備方面展開競爭，并積極研究膜分離+低溫分離的復(fù)合氦氣分離方法，結(jié)合膜分離高效性和低溫分離高回收率和高純度的特點(diǎn)，將氦氣首先經(jīng)過膜分離技術(shù)進(jìn)行粗提純，然后采用低溫分離技術(shù)進(jìn)行精提純，滿足工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能與高純的多重需要。
【適用范圍】
氦主要用于醫(yī)療、軍工、制冷、半導(dǎo)體、管道檢漏、高精度焊接、金屬制造、深海潛水、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)、氣球載、科研、軍事等領(lǐng)域。下面結(jié)合氦資源主要應(yīng)用對氦資源用戶進(jìn)行分析。
（1）核磁共振（低溫超導(dǎo)）領(lǐng)域
核磁共振成像儀（MRI）采用低溫超導(dǎo)磁體技術(shù)需液氦進(jìn)行冷卻，據(jù)統(tǒng)計(jì),核磁共振成像儀占了全球氦氣用量的34%,是******的終端使用行業(yè)。雖然在發(fā)達(dá)國家核磁共振成像儀的需求量正在減少,但是發(fā)展中國家的需求量仍然強(qiáng)勁增長,從而保持了液氦的需求旺盛。
（2）制冷（家用電器）領(lǐng)域
氦氣主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、管道系統(tǒng)的檢漏。
（3）半導(dǎo)體、光纖領(lǐng)域
氦氣主要用于半導(dǎo)體工業(yè)中生長鍺和硅晶體的保護(hù)氣，光纖預(yù)制棒制作和光纖拉絲工藝中冷卻和保護(hù)性氛圍氣體。
（4）焊接保護(hù)氣
用途：當(dāng)一些金屬在加熱或熔化時(shí)，為了阻止其和大氣中的氧和氮反應(yīng)，必須用惰性氣氛保護(hù)。金屬焊接加工中消耗了大量的氦。在惰性氣體保護(hù)的鎢電弧焊（TIG）中，不熔化的鎢電、灼熱的金屬填充物和焊接區(qū)域要用連續(xù)的氦或氦-氬混合進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)焊接所用的氣體混合物，可以用氦和氬按不同比例配制。根據(jù)焊接工藝、焊絲和被焊的母材的不同，混合氣的組成可以不同，通常氦-氬混合氣中氦的含量為15%-70%。
（5）低溫工程領(lǐng)域
用途：由于氦的化學(xué)惰性和極低的液化點(diǎn)，它在除極低溫度外的所有溫度下都接近理想氣體行為，且單位質(zhì)量的熱容量高，黏度低和熱導(dǎo)率高等特性，所以氦通常被用做封閉循環(huán)低溫制冷機(jī)的工作介質(zhì)、國家重大科學(xué)工程中低溫超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)腔的冷卻介質(zhì)以及大專院?？蒲袑?shí)驗(yàn)等。
（6）航天航空領(lǐng)域
用途：在火箭和空間飛行器燃料系統(tǒng)中，氦氣用于清洗低溫燃料和氧化貯槽，以及加壓低溫貯槽液面上部空間，以提供直接輸送液體氫和液體氧的壓力或者僅給輸液泵提供凈吸入正壓，氦常用于氣動(dòng)控制系統(tǒng)中作為工作介質(zhì)。在火箭發(fā)射之前，為了在點(diǎn)火的最初幾分鐘內(nèi)得到******的推進(jìn)效率，低溫氦已用于預(yù)冷上一級液氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。液氦還廣泛用于低溫輻射檢測器以及用于空間探索計(jì)劃中其他專門儀表。
（7）氣球載（浮空器）
用途：民用或軍用浮空器、飛艇、氣球等充裝氣體。
（8）汽車制造領(lǐng)域
用途：氦氣用于汽車安全氣囊中、在汽車鋁合金輪轂氣密性檢漏中、汽車空調(diào)蒸發(fā)器、壓縮機(jī)及冷凝器的氣密性檢漏中、氦氣在車架激光焊接中的應(yīng)用。
（9）其它領(lǐng)域
生理醫(yī)療、核反應(yīng)堆、電光源、冶金和金屬加工工藝、分析測試載氣等。這部分氣一般不回收。