氦分离系统（helium separation system），工学-工程热物理及动力工程-动力设备与系统-制冷与低温设备-低温系统与设备-分离与纯化系统，一种将氦气从天然气等富氦混合气中分离出来的系统。由于氦在医疗（核磁共振等）、高能物理（粒子加速器等）、工业（焊接、核电等）等领域有着巨大需求，因此21世纪以来，氦的提取工业发展很快。从富氦天然气分离氦是氦的主要来源，常见的分离系统包括低温精馏、变压吸附、膜分离等。用于氦分离的低温精馏系统已发展出了四种基本的流程：多级闪蒸分离流程、单塔泵热流程、双塔流程以及双塔循环。图1为从天然气中提取氦的典型低温精馏流程。进入系统的天然气被压缩至4.25兆帕，经处理除去二氧化碳、硫化氢和水蒸气，然后将气体在第一换热器中冷却并冷凝除去其中的大部分杂质气体，再经节流膨胀至1.8兆帕，温度降到128开。将流体送入到液氮冷却的粗氦分离器，此时98%的气体被液化。气相是粗氦（含60%摩尔分数的氦气和40%摩尔分数的氮气）以及极少量甲烷，把这部分粗氦经氦换热器加热升温到环境温度，以便进一步纯化。