氦气
化学式:He
氦气技术指标
组分/杂质 | 纯氦/4.0N | 高纯氦/5.0N | 超纯氦/6.0N |
氦气含量 | 0.9999 | 0.99999 | 0.999999 |
氖 | ≤40ppm | ≤4ppm | ≤1ppm |
氢H2 | ≤7ppm | ≤1ppm | ≤0.1ppm |
氧O2+氩Ar | ≤5ppm | ≤1ppm | ≤0.2ppm |
氮N2 | ≤25ppm | ≤2ppm | ≤0.5ppm |
一氧化碳CO | ≤1ppm | ≤0.5ppm | ≤0.1ppm |
二氧化碳CO2 | ≤1ppm | ≤0.5ppm | ≤0.1ppm |
总碳(甲烷)THC | ≤1ppm | ≤0.5ppm | ≤0.1ppm |
水分H2O | ≤20ppm | ≤3ppm | ≤0.2ppm |
氦气包装种类
钢瓶种类 | 气体压力 | 气体体积 | 气体净重 |
50L钢瓶 | 19.5±0.5MPa | 10000L | 1.65kg |
40L钢瓶 | 14.5±0.5MPa | 5400L | 0.975kg |
10L钢瓶 | 10MPa | 1000L | 0.165kg |
4L钢瓶 | 10MPa | 400L | 0.06kg |
管束槽车(TT) | 20MPa | 约5000m³ | 约825kg |
一、基本物性
颜色、气味和毒性:氦气是一种无色、无味、无毒的气体。它不易溶于水,但在某些条件下可以与一些物质发生反应。
密度和稳定性:氦气的密度较低,约为0.1786kg/立方米,是已知除氢气以外密度最小的气体。由于其密度远小于空气(空气的密度为1.29kg/立方米),氦气在常温常压下是一种极轻的气体。氦气的化学性质十分稳定,不易与其他物质发生反应,是一种惰性气体。
液化特性:氦气是很难液化的气体,但在2.25大气压下可以液化,液化的温度可以降低到-270.98℃以下。液氦的表面张力很小,导热性很强,几乎不呈现任何粘滞性。
热传导性能:氦气具有较高的热传导性能,这是因为其分子间的相互作用较小,热量能够迅速传递。
声音传播速度:氦气的声音传播速度差不多为空气的三倍,因此吸入氦气的人说话的声音会变高频率,这种现象在娱乐中常被用来制造幽默效果。
二、氦气来源
1、地幔脱气:地球地幔中的原始氦可以通过脱气作用释放到浅层的沉积储层中。
2、放射性元素衰变:铀、钍等放射性元素在岩石和矿物中衰变产生氦气,这是壳源氦的主要来源。
3、大气圈中的氦气:大气圈中的氦气主要来自固体地球脱气作用释放出的氦气,如火山喷发、断裂-岩浆作用的脱气和岩石风化作用释放的氦。
氦气的制备方法主要是通过天然气分离提纯。工业上采用冷凝法从天然气中提取氦气,包括天然气的预处理和净化、粗氦的加工和氦的精练等步骤,最终可以生产出99.99%纯度的氦气。
三、主要用途
氦气广泛应用于军工、科研、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等。
1、低温冷源:利用液氦的-268.9℃的低沸点,液氦可以用于超低温冷却。而超低温冷却技术在超导技术等领域有较广泛的应用,超导材料需要在低温(100K左右)中才能表现出超导特性,大多数情况下只有液氦能比较简便地实现这样的极低温。超导技术在交通行业的磁悬浮列车,医疗领域的核磁共振成像设备都有较大的应用。
2、气球充气:由于氦气密度远小于空气(空气的密度为1.29kg/m3,氦气的密度为0.1786kg/m3),而且化学性质极不活泼,较氢气安全(氢气可以在空气中燃烧,可能会引起爆炸),氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体。
3、检验分析:仪器分析中常用的核磁共振分析仪的超导磁体需要利用液氦降温,气相色谱分析中氦气常作为载气,利用氦气渗透性好、不可燃的特点,氦气还应用于真空检漏,如氦质谱检漏仪等。
4、保护气:利用氦气不活泼的化学性质,氦气常用于镁、锆、铝、钛等金属焊接的保护气。
5、半导体行业:半导体行业必须用到氦气。
6、其他方面:氦气可用作高真空装置、原子核反应堆在火箭、宇宙飞船上用作输送液氢、液氧等液体推进剂的加压气体。氦气还用作原子反应堆的清洗剂,在海洋开发领域的呼吸用混合气体中,气体温度计的填充气等。