气体分离膜技术在天然气提氦中的研究进展

氦气是重要战略稀有气体资源,在国防军工、高端医疗、电子制造和大科学装置等领域都发挥着不可替代的作用.我国氦资源匮乏,绝大部分的氦气都依赖进口,现有资源品位低且提取困难,因此发展高效低成本的氦气提取技术对于保障我国氦资源安全具有重要意义.气体分离膜技术具有能效高、投资少、运行简单等优点,被认为是实现氦气高效、低成本提取的有效途径.本文系统回顾了气体分离膜技术在天然气提氦中的研究进展,总结本课题组及同行近年来开发的高性能天然气提氦膜材料的结构和气体分离性能,考察了气体分离膜与深冷技术耦合的天然气提氦工艺,深入分析了膜材料性能、膜运行条件和耦合工艺等对天然气提氦经济性的影响规律,并对天然气提氦技术的发展趋势进行了展望.     

富氦天然气中提取氦气的深冷工艺研究

基于国内某一气田的富氦天然气采用深冷分离法制取粗氦项目,介绍深冷分离法制取粗氦气装置的工艺设备和工艺流程。采用双塔提取、氮气膨胀制冷循环工艺流程提取的粗氦浓度最高达到65.5%,氦气收率达99.9%。     

变压吸附法从天然气中提取氦

利用变压吸附（PSA）从天然气中提取氦的试点工厂已经开始运作,并且正在印度石油及天然气公司的Kuthalam集气站良好运行。传统模式是通过天然气中所有其他组成成分的液化来提取氦,但这对于Kuthalam集气站来说在经济上是不切实际的,因为Kuthalam天然气仅含有0．05％（V／V）的氦。对于低温过程,商业生产的低浓度阈值大约是0．3％。     

中空纤维膜分离器浓缩纯化粗氦

氦是具有特殊物理性质和重要用途的稀有气体,在低温、超导、宇航、潜艇、海洋开发、保护焊、激光等领域均有重要用途。工业上生产氦,均从含氦的天然气中以深冷法提取。该法设备多、工艺复杂,能耗     

邯钢气体厂成功生产高纯氖氦产品

继2014年12月,邯钢气体厂生产的氪、氙"黄金气体"产品成功投放市场后,2015年3月9日,邯钢气体厂又成功研发生产出高纯氖、氦产品。邯钢气体厂生产高纯氖、氦产品的方式,为我国首创,完全拥有自主知识产权,开创了我国全部依靠自身技术力量生产高纯氖、氦产品的先河。目前,邯钢气体厂已具备了生产氪、氙、氖、氦稀有气体的能力,均填补了河北省空白,五种稀有气体全提取技术居国内领先水平。     

根据振动信号诊断氦风机故障的方法研究

氦风机是10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的一回路主风机,是大功率、高转速、多环节的旋转运动系统,有发生多种故障的可能,而其工作正常与否直接关系到反应堆的安全运行。通过在线分析氦风机运行时的振动信号,可以对氦风机的运行情况进行深入、彻底地评估,对可能的故障尽可能早地进行预防性诊断,从而保证氦风机能够正常和安全运行。本课题从氦风机本身结构和特点出发,研究提出并实现了分别在时域和频域上对氦风机的振动信号进行分析、进而对氦风机故障进行诊断的方法和框架。     

贫氦天然气中氦的回收与利用

对近年来国内外从贫氦天然气中回收氦的技术发展动态和氦的利用作了介绍,对He/CH_4的分离新技术与合成氨尾气提氦技术的优缺点作了简要评述,论述了利用钛基合金可逆贮氢特性进行H_2/He变温吸附分离的可能性。     

HTR-10主氦风机性能试验研究

主氦风机是10MW高温气冷实验堆（简称HTR－10）的关键设备，其功能是提供一回路氦气循环所需的压力升，从而使堆芯的热量传输给蒸发器。主氦风机的工作条件是250℃，3.0MPa的氦气。主氦风机的性能试验在制造厂进行，为了降低试验难度采用氮气模拟试验方案。本文对主氦风机性能试验的原理和过程进行了描述，对试验结果进行了分析。此外，还对主氦风机在HTR－10上的运行特性进行了预测分析。结果表明，主氦风机气动性能完全能满足在HTR－10上的运行需要，并且有很大裕量。     

HTR-10一回路流道气动特性和主氦风机运行参数的研究

通过试验得到了HTR 10一回路流道阻力特性以及主氦风机在堆上运行特性 ,包括压力升、转速、输入功率和效率 ,同时还测量和观察了主氦风机对一回路系统的加热能力和过程。对试验的原理和过程进行了介绍 ,对试验结果进行了分析。在试验结果的基础上 ,对HTR 10额定工况下一回路流道阻力值和所需的主氦风机运行参数进行了预测。与主氦风机运行能力相比较可以得出如下结论 ,主氦风机性能完全能满足HTR 10的运行要求并有很大裕量。     

HTR—10—回路流道气动特性和主氦风机运行参数的研究

通过试验得到了HTR－10一回路流道阻力特性以及主氦风机在堆上运行特性，包括压力升、转速、输入功率和效率，同时还测量和观察了主氦风机对一回路系统的加热能力和过程。对试验的原理和过程进行了介绍，对试验结果进行了分析。在试验结果的基础上，对HTR－10额定工况下一回路流道阻力值和所需的主氦风机运行参数进行了预测。与主氦风机运行能力相比较可以得出如下结论，主氦风机性能完全能满足HTR－10的运行要求并有很大裕量。     

低温氦气体轴承透平膨胀机实验系统设计

设计了一套氦透平膨胀机实验系统,该系统可以用来对工作在液氢—常温区范围内的不同规格的氦透平膨胀机进行性能测试,还可以用于开展以氦为工质的低温环境下透平膨胀机实验研究,以期掌握氦透平膨胀机的关键技术并进一步提高氦透平膨胀机的性能。     

氦和低温工程

介绍了氦的基本性质，并着重介绍了氦的超流动性，以及氦在工业，科研等领域的广泛应用，文中述及美国立法进行氦资源保护和氦资源私有化营销情况，并介绍了部分ＣＳＡ氦工业企业的情况。     

带冷量回收的污氦气冷凝纯化方法

以HYSYS为工具对氦冷凝纯化的影响因素进行了理论分析,为氦冷凝纯化的纯化压力选取提供了依据。同时,对冷凝纯化过程中的冷量回收利用方式进行了理论研究,提出了对杂质冷凝液节流后回热的新方法,经过模拟计算,提高了氦冷凝纯化的经济性。     

低温氦气体轴承透平膨胀机的设计

针对我国氦透平膨胀机的研制任务，设计了一台氦气体轴承透平膨胀机。从机械性能方面就该氦透平膨胀机开展了理论与试验研究，以高稳定性为主要目标进行了氦透平膨胀机的结构设计，实现了绝热及密封、快速装拆等要求。氦透平常温、低温实验证明该机具有良好的热力性能及机械性能，本文侧重于对该氦透平膨胀机结构设计的探讨。     

大功率电涡流制动氦透平膨胀机在EAST氦制冷机中的控制与调试

为保障系统的制冷量与可靠性,EAST托卡马克装置2k W氦制冷机采用了动压气体轴承电涡流制动氦透平膨胀机替代原有的油气混合轴承氦透平膨胀机。新电涡流制动氦透平膨胀机配合转子冷却回路运行,制动功率最大可达10 k W。氦透平膨胀机采用全动压径向气体轴承,而下止推轴承则引入静压气体用于增加止推轴承的承载力。目前,大功率电涡流制动氦透平膨胀机已完成在EAST氦制冷机中的安装与调试运行。介绍了电涡流制动氦透平膨胀机的测量与控制设计,在调试运行的基础上总结了氦透平膨胀机的启动与停机控制流程,并对其低温调试进行了详细分析。调试结果表明,电涡流制动的应用简化了氦透平膨胀机的启动、停机与操作流程,有助于EAST氦制冷机全自动控制的实现。     

钚中氦行为研究进展

钚是一种应用广泛的核材料。作为放射性元素,钚会自发衰变成铀核,同时产生α粒子(氦核),高速运动的衰变产物在晶格中激发离位,产生缺陷。由于最外层是满电子结构,氦难溶于金属。因此,钚持续自发衰变会在材料中累积大量的晶格损伤;同时由衰变产生的氦会在金属基体中与空位相结合,通过位错与晶界扩散,在基体中聚集、形核、长大,形成氦泡。含氦量的增加会使氦泡生长,但并不是无限制地长大;当氦含量很高时,氦泡会破裂,引起材料表面剥落;一定程度上,材料本身的性质决定了氦泡最后的大小。宏观上,氦的存在会使材料发生体积变化、延展性降低、脆性变大等物理老化现象,从而降低钚的使用性能、缩短其寿命。理解氦原子对钚结构性能的影响机制,探寻相应的抑制氦脆和氦损伤的有效措施,对钚材料老化效应的预测和评价具有重要的意义。目前,研究钚中的氦行为主要集中在实验和模拟两个方面。由于原材料本身的放射性和毒性,研究人员大多使用晶体结构、最外层电子结构或是某些力学性能与钚一致的模拟材料进行实验。研究发现,微观结构和成分的优化是调控钚抗老化的重要手段。通常,微观结构的变化中主要考察晶界和位错对材料中氦行为的影响,而成分的优化则是通过添加合金元素或改变相来进行研究。鉴于此,本文就氦对钚材料体积、电阻率、力学性能的影响,以及氦在钚中的微观行为进行了综述,比较了不同方法在钚中氦行为研究方面的适用性,指出了进一步构建氦的微观状态与宏观性能之间对应关系的必要性以及可能的研究方向。     

建立粗氖氦中氖气含量的分析方法

通过采用热导色谱仪,对空分生产的粗氖氦中氖、氢和氦等组分的检测进行探讨,建立了一种准确定量粗氖氦中氖气含量的分析方法。     

氦质谱检漏仪现场校准方法研究

目前,用户采用单只标准漏孔对氦质谱检漏仪进行校准,由于受检漏仪线性范围的影响限制,不能对其全量程范围进行校准。为了满足对氦质谱检漏仪全量程范围内的现场校准,将一系列不同量级漏率的薄膜渗氦型标准漏孔分别接入氦质谱检漏仪,得到一组标准漏孔检漏仪示值,通过对标准漏孔漏率值与检漏仪示值的关系曲线进行数学拟合,得到氦质谱检漏仪全量程测量范围示值与漏率值之间的拟合公式。其校准过程简单,能够提高氦质谱检漏质量。     

氦质谱检漏仪在溴化锂吸收式制冷技术中的应用

指出了氦质谱检漏仪在溴化锂制冷行业中应用的重要性.进一步介绍了氦质谱检漏仪的基本原理,结构,以及对溴化锂制冷机组进行氦质谱检漏时的检漏程序、检漏方法和注意事项.     

基于线性预测模型的氦语音增强算法研究

潜水员在水下工作时,由于生理方面的原因,需要以氦氧混合气体作为呼吸气体,由于气体结构的变化出现了氦语音现象,使得语音发生畸变,降低了清晰度。通过介绍基于线性预测模型的氦语音增强算法,将频域的线谱对(LSP)分析应用于氦语音增强中,由于线谱对系数与语音信号谱包络有紧密的联系,用线谱对参数(LSP)构成合成滤波器时更容易保证稳定性,所以提出了一种基于线谱对系数(LSP)的氦语音增强算法。通过实验将这种算法与基于线性预测LPC的增强算法进行了比较,实验结果表明,两种算法均能对氦语音进行矫正,并且新的算法能够对共振峰进行单独调节,在不影响清晰度的同时最大限度地保持了原有语音的细节,提高了可懂度。