Helij je kemijski element s simbolom He in atomskim številom 2. Je redek atmosferski plin, brezbarven, brez okusa, brez okusa, nestrupen, negorljiv, le malo topen v vodi. Koncentracija helija v atmosferi je 5,24 x 10-4 volumskih odstotkov. Ima najnižje vrelišče in tališče od katerega koli elementa in obstaja samo kot plin, razen v izjemno nizkih pogojih.

Helij se primarno prenaša kot plinasti ali tekoči helij in se uporablja v jedrskih reaktorjih, polprevodnikih, laserjih, žarnicah, superprevodnosti, instrumentaciji, polprevodnikih in optičnih vlaknih, kriogenih, MRI in laboratorijskih raziskavah R&D.

Nizkotemperaturni hladni vir

Helij se uporablja kot kriogeno hladilno sredstvo za kriogene vire hlajenja, kot so slikanje z magnetno resonanco (MRI), spektroskopija z jedrsko magnetno resonanco (NMR), superprevodni kvantni pospeševalnik delcev, veliki hadronski trkalnik, interferometer (SQUID), elektronska spinska resonanca (ESR). in superprevodno shranjevanje magnetne energije (SMES), superprevodni generatorji MHD, superprevodni senzor, prenos moči, transport maglev, masni spektrometer, superprevodni magnet, močni separatorji magnetnega polja, obročasti poljski superprevodni magneti za fuzijske reaktorje in druge kriogene raziskave. Helij ohladi kriogene superprevodne materiale in magnete skoraj do absolutne ničle, pri kateri upor superprevodnika nenadoma pade na nič. Zelo nizek upor superprevodnika ustvarja močnejše magnetno polje. V primeru opreme za MRI, ki se uporablja v bolnišnicah, močnejša magnetna polja proizvajajo več podrobnosti v radiografskih slikah.

Helij se uporablja kot super hladilno sredstvo, ker ima helij najnižja tališča in vrelišča, se ne strdi pri atmosferskem tlaku in 0 K, helij pa je kemično inerten, zaradi česar je skoraj nemogoče reagirati z drugimi snovmi. Poleg tega helij postane supertekoč pod 2,2 Kelvina. Do sedaj edinstvena ultra-mobilnost ni bila izkoriščena v nobeni industrijski aplikaciji. Pri temperaturah pod 17 Kelvinov ni nadomestila za helij kot hladilno sredstvo v kriogenem viru.

Aeronavtika in astronavtika

Helij se uporablja tudi v balonih in zračnih ladjah. Ker je helij lažji od zraka, so zračne ladje in baloni napolnjeni s helijem. Prednost helija je, da ni vnetljiv, čeprav je vodik bolj ploven in ima manjšo stopnjo uhajanja iz membrane. Druga sekundarna uporaba je v raketni tehnologiji, kjer se helij uporablja kot izgubno sredstvo za izpodrivanje goriva in oksidanta v skladiščnih rezervoarjih ter kondenzacijo vodika in kisika za izdelavo raketnega goriva. Lahko bi ga uporabili tudi za odstranjevanje goriva in oksidanta iz zemeljske podporne opreme pred izstrelitvijo in bi lahko predhodno ohladili tekoči vodik v vesoljskem plovilu. V raketi Saturn V, uporabljeni v programu Apollo, je bilo za izstrelitev potrebnih približno 370.000 kubičnih metrov (13 milijonov kubičnih čevljev) helija.

Odkrivanje puščanja cevovoda in analiza odkrivanja

Druga industrijska uporaba helija je odkrivanje puščanja. Odkrivanje puščanja se uporablja za odkrivanje puščanja v sistemih, ki vsebujejo tekočine in pline. Ker helij difundira skozi trdne snovi trikrat hitreje kot zrak, se uporablja kot sledilni plin za odkrivanje puščanj v visokovakuumski opremi (kot so kriogene posode) in visokotlačnih posodah. Predmet se postavi v komoro, ki se nato izprazni in napolni s helijem. Celo pri tako nizkih stopnjah puščanja kot 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s) lahko občutljiva naprava (helijev masni spektrometer) zazna uhajanje helija skozi puščanje. Merilni postopek je običajno avtomatiziran in se imenuje test integracije helija. Druga, enostavnejša metoda je napolniti predmet s helijem in ročno poiskati puščanje z ročno napravo.

Helij se uporablja za odkrivanje puščanja, ker je najmanjša molekula in je enoatomska molekula, zato helij zlahka pušča. Med odkrivanjem puščanja se predmet napolni s plinom helijem, in če pride do puščanja, bo helijev masni spektrometer lahko zaznal lokacijo puščanja. Helij se lahko uporablja za odkrivanje puščanja v raketah, rezervoarjih za gorivo, toplotnih izmenjevalnikih, plinovodih, elektroniki, TELEVIZIJSKIH ceveh in drugih proizvodnih komponentah. Odkrivanje puščanja s helijem je bilo prvič uporabljeno med projektom Manhattan za odkrivanje puščanja v obratih za bogatenje urana. Helij za odkrivanje puščanja lahko nadomestite z vodikom, dušikom ali mešanico vodika in dušika.

Varjenje in obdelava kovin

Plin helij se uporablja kot zaščitni plin pri obločnem varjenju in varjenju s plazemskim oblokom, ker ima večjo ionizacijsko potencialno energijo kot drugi atomi. Plin helij okoli zvara preprečuje oksidacijo kovine v staljenem stanju. Visoka ionizacijska potencialna energija helija omogoča plazemsko obločno varjenje različnih kovin, ki se uporabljajo v gradbeništvu, ladjedelništvu in letalstvu, kot so titan, cirkonij, magnezij in aluminijeve zlitine. Čeprav je helij v zaščitnem plinu mogoče nadomestiti z argonom ali vodikom, nekaterih materialov (kot je titanov helij) ni mogoče nadomestiti za plazemsko obločno varjenje. Ker je helij edini plin, ki je varen pri visokih temperaturah.

Eno najbolj aktivnih področij razvoja je varjenje nerjavnega jekla. Helij je inerten plin, kar pomeni, da ni podvržen nobenim kemičnim reakcijam, ko je izpostavljen drugim snovem. Ta lastnost je še posebej pomembna pri zaščitnih plinih za varjenje.

Helij tudi dobro prevaja toploto. Zato se običajno uporablja pri zvarih, kjer je potreben višji vnos toplote za izboljšanje omočljivosti zvara. Helij je uporaben tudi pri prehitri vožnji.

Helij se običajno meša z argonom v različnih količinah v mešanici zaščitnih plinov, da se v celoti izkoristijo dobre lastnosti obeh plinov. Helij, na primer, deluje kot zaščitni plin, ki pomaga zagotoviti širše in plitvejše načine preboja med varjenjem. Toda helij ne zagotavlja čiščenja kot argon.

Posledično proizvajalci kovin pogosto menijo, da je mešanje argona s helijem del njihovega delovnega procesa. Pri varjenju s kovinskim oblokom v zaščiti s plinom lahko helij obsega 25 % do 75 % mešanice plinov v mešanici helija/argona. S prilagajanjem sestave mešanice zaščitnih plinov lahko varilec vpliva na porazdelitev toplote zvara, kar posledično vpliva na obliko prereza zvara in hitrost varjenja.

Industrija elektronskih polprevodnikov

Kot inertni plin je helij tako stabilen, da skoraj ne reagira z drugimi elementi. Zaradi te lastnosti se uporablja kot ščit pri obločnem varjenju (za preprečevanje kontaminacije kisika v zraku). Helij ima tudi druge kritične aplikacije, kot so polprevodniki in proizvodnja optičnih vlaken. Poleg tega lahko nadomesti dušik pri globokem potapljanju, da prepreči nastanek dušikovih mehurčkov v krvnem obtoku in tako prepreči potapljaško bolezen.

Globalni obseg prodaje helija (2016–2027)

Svetovni trg helija je leta 2020 dosegel 1825,37 milijona USD in naj bi leta 2027 dosegel 2742,04 milijona USD s skupno letno stopnjo rasti (CAGR) 5,65 % (2021–2027). Industrija ima v prihodnjih letih veliko negotovost. Podatki napovedi za obdobje 2021–2027 v tem dokumentu temeljijo na zgodovinskem razvoju zadnjih nekaj let, mnenjih strokovnjakov iz industrije in mnenjih analitikov v tem dokumentu.

Industrija helija je zelo koncentrirana, pridobiva se iz naravnih virov in ima omejene svetovne proizvajalce, predvsem v ZDA, Rusiji, Katarju in Alžiriji. V svetu je potrošniški sektor skoncentriran v ZDA, na Kitajskem in v Evropi itd. Združene države imajo dolgo zgodovino in neomajen položaj v industriji.

Mnoga podjetja imajo več tovarn, ki pa običajno niso blizu svojih ciljnih potrošniških trgov. Zato ima izdelek visoke transportne stroške.

Od prvih petih let je proizvodnja rasla zelo počasi. Helij je neobnovljiv vir energije in v državah proizvajalkah obstajajo politike, ki zagotavljajo njegovo nadaljnjo uporabo. Nekateri napovedujejo, da bo helija v prihodnosti zmanjkalo.

Industrija ima velik delež uvoza in izvoza. Skoraj vse države uporabljajo helij, a le nekatere imajo zaloge helija.

Helij ima širok spekter uporabe in bo na voljo na vedno več področjih. Glede na pomanjkanje naravnih virov se bo povpraševanje po heliju v prihodnosti verjetno povečalo, kar bo zahtevalo ustrezne alternative. Pričakuje se, da bodo cene helija še naprej rasle od leta 2021 do leta 2026, in sicer s 13,53 $/m3 (2020) na 19,09 $/m3 (2027).

Na industrijo vplivata ekonomija in politika. Ko si svetovno gospodarstvo okreva, vse več ljudi skrbi za izboljšanje okoljskih standardov, zlasti v nerazvitih regijah z velikim številom prebivalcev in hitro gospodarsko rastjo, se bo povpraševanje po heliju povečalo.

Trenutno večji svetovni proizvajalci vključujejo Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) in Gazprom (Ru) itd. Leta 2020 bo prodajni delež prvih 6 proizvajalcev presegel 74 %. Pričakuje se, da bo konkurenca v industriji v naslednjih nekaj letih postala intenzivnejša.

Kriogena oprema HL

Zaradi pomanjkanja virov tekočega helija in naraščajoče cene je pomembno zmanjšati izgubo in predelavo tekočega helija pri njegovi uporabi in procesu transporta.

HL Cryogenic Equipment, ki je bila ustanovljena leta 1992, je blagovna znamka, povezana s podjetjem HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment se zavzema za načrtovanje in izdelavo visokovakuumsko izoliranega kriogenskega cevovodnega sistema in sorodne podporne opreme za izpolnjevanje različnih potreb strank. Vakuumsko izolirana cev in gibljiva cev sta izdelani iz posebnih izoliranih materialov z visokim vakuumom in večslojnimi več zasloni ter prehajata skozi vrsto izjemno strogih tehničnih obdelav in visoko vakuumsko obdelavo, ki se uporablja za prenos tekočega kisika, tekočega dušika , tekoči argon, tekoči vodik, tekoči helij, utekočinjeni plin etilen LEG in utekočinjeni naravni plin LNG.

Serija izdelkov cevi z vakuumskim plaščem, cevi z vakuumskim plaščem, ventila z vakuumskim plaščem in faznega separatorja v podjetju HL Cryogenic Equipment Company, ki je šla skozi vrsto izjemno strogih tehničnih obdelav, se uporablja za prenos tekočega kisika, tekočega dušika, tekočega argona, tekoči vodik, tekoči helij, LEG in LNG, ti izdelki pa se servisirajo za kriogeno opremo (npr. kriogene rezervoarje, dewarjeve posode in hladilne škatle itd.) v panogah ločevanja zraka, plinov, letalstva, elektronike, superprevodnikov, čipov, avtomatskih sestav, hrane & pijača, farmacija, bolnišnica, biobanka, guma, proizvodnja novih materialov, kemijsko inženirstvo, železo in jeklo ter znanstvene raziskave itd.

Podjetje HL Cryogenic Equipment Company je postalo kvalificirani dobavitelj/prodajalec Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani in Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) itd.