Helij je kemični element s simbolom He in atomskim številom 2. Je redek atmosferski plin, brezbarven, brez okusa, nestrupen, nevnetljiv, le rahlo topen v vodi. Koncentracija helija v ozračju je 5,24 x 10-4 volumskih odstotkov. Ima najnižja vrelišča in tališča od vseh elementov in obstaja le kot plin, razen v izjemno nizkih pogojih.

Helij se prevaža predvsem v plinastem ali tekočem stanju in se uporablja v jedrskih reaktorjih, polprevodnikih, laserjih, žarnicah, superprevodnosti, instrumentaciji, polprevodnikih in optičnih vlaknih, kriogenih, magnetni resonanci in laboratorijskih raziskavah na področju raziskav in razvoja.

Nizkotemperaturni hladni vir

Helij se uporablja kot kriogeno hladilno sredstvo za kriogene hladilne vire, kot so magnetna resonanca (MRI), jedrska magnetna resonanca (NMR), superprevodni kvantni pospeševalnik delcev, veliki hadronski trkalnik, interferometer (SQUID), elektronska spinska resonanca (ESR) in superprevodno magnetno shranjevanje energije (SMES), MHD superprevodni generatorji, superprevodni senzorji, prenos energije, maglev transport, masni spektrometer, superprevodni magnet, separatorji močnega magnetnega polja, obročasti superprevodni magneti za fuzijske reaktorje in druge kriogene raziskave. Helij hladi kriogene superprevodne materiale in magnete skoraj na absolutno ničlo, pri čemer upor superprevodnika nenadoma pade na nič. Zelo nizek upor superprevodnika ustvari močnejše magnetno polje. V primeru opreme za MRI, ki se uporablja v bolnišnicah, močnejša magnetna polja ustvarijo več podrobnosti na radiografskih slikah.

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

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. Helij ima prednost, da ni vnetljiv, čeprav vodik bolj ploven in ima nižjo stopnjo uhajanja skozi membrano. Druga sekundarna uporaba je v raketni tehnologiji, kjer se helij uporablja kot medij za izpodrivanje goriva in oksidanta v rezervoarjih ter kondenzacijo vodika in kisika za proizvodnjo 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, ki se je uporabljala v programu Apollo, je bilo za izstrelitev potrebnih približno 370.000 kubičnih metrov (13 milijonov kubičnih čevljev) helija.

Analiza in odkrivanje puščanja cevovodov

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 puščanja v visokovakuumski opremi (kot so kriogeni rezervoarji) in visokotlačnih posodah. Predmet se namesti v komoro, ki se nato evakuira in napolni s helijem. Tudi pri stopnjah puščanja, nizkih do 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), lahko helij, ki uhaja skozi puščanje, zazna občutljiva naprava (helijev masni spektrometer). Postopek merjenja je običajno avtomatiziran in se imenuje test integracije helija. Druga, enostavnejša metoda je, da zadevni predmet napolnimo s helijem in ročno iščemo puščanja z ročno napravo.

Helij se uporablja za odkrivanje puščanja, ker je najmanjša molekula in je monatomska molekula, zato zlahka pušča. Med odkrivanjem puščanja se predmet napolni s plinom helij, in če pride do puščanja, bo masni spektrometer helija lahko zaznal lokacijo puščanja. Helij se lahko uporablja za odkrivanje puščanja v raketah, rezervoarjih za gorivo, toplotnih izmenjevalnikih, plinskih ceveh, 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 je mogoče nadomestiti z vodikom, dušikom ali mešanico vodika in dušika.

Varjenje in obdelava kovin

Helij se uporablja kot zaščitni plin pri obločnem in plazemsko obločnem varjenju zaradi svoje višje ionizacijske potencialne energije kot drugi atomi. 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 vesoljski industriji, kot so titan, cirkonij, magnezij in aluminijeve zlitine. Čeprav je helija v zaščitnem plinu mogoče nadomestiti z argonom ali vodikom, nekaterih materialov (kot je titan in helij) ni mogoče nadomestiti pri plazemsko obločnem varjenju. Ker je helij edini plin, ki je varen pri visokih temperaturah.

Eno najbolj aktivnih področij razvoja je varjenje nerjavečega jekla. Helij je inertni plin, kar pomeni, da pri stiku z drugimi snovmi ne reagira kemično. Ta lastnost je še posebej pomembna pri zaščitnih plinih za varjenje.

Helij tudi dobro prevaja toploto. Zato se pogosto uporablja pri varjenju, kjer je potreben večji dovod toplote za izboljšanje omočljivosti varjenja. Helij je uporaben tudi za pospeševanje.

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

Posledično proizvajalci kovin pogosto razmišljajo o mešanju argona s helijem kot delu svojega delovnega procesa. Pri obločnem varjenju kovin v zaščitni plinski atmosferi lahko helij predstavlja od 25 % do 75 % plinske mešanice v mešanici helija in argona. Z uravnavanjem sestave zaščitne plinske mešanice lahko varilec vpliva na porazdelitev toplote zvara, kar posledično vpliva na obliko prečnega prereza zvara in hitrost varjenja.

Elektronska polprevodniška industrija

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 onesnaženja zraka s kisikom). 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 s tem prepreči potapljaško bolezen.

Obseg svetovne prodaje helija (2016–2027)

Svetovni trg helija je leta 2020 dosegel 1825,37 milijona ameriških dolarjev, leta 2027 pa naj bi dosegel 2742,04 milijona ameriških dolarjev, s sestavljeno letno stopnjo rasti (CAGR) 5,65 % (2021–2027). V prihodnjih letih je industrija v veliki negotovosti. Napovedni podatki 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, pridobljena iz naravnih virov, in ima omejeno število svetovnih proizvajalcev, predvsem v Združenih državah Amerike, Rusiji, Katarju in Alžiriji. V svetu je potrošniški sektor skoncentriran v Združenih državah Amerike, na Kitajskem, v Evropi in tako naprej. Združene države Amerike imajo dolgo zgodovino in neomajen položaj v tej industriji.

Mnoga podjetja imajo več tovarn, vendar te običajno niso blizu svojih ciljnih potrošniških trgov. Zato ima izdelek visoke stroške prevoza.

Od prvih petih let je proizvodnja rasla zelo počasi. Helij je neobnovljiv vir energije in v državah proizvajalkah so vzpostavljene politike za zagotovitev njegove nadaljnje uporabe. Nekateri napovedujejo, da bo helija v prihodnosti zmanjkalo.

Industrija ima visok delež uvoza in izvoza. Skoraj vse države uporabljajo helij, le redke pa imajo rezerve helija.

Helij ima široko paleto uporab 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 se bodo cene helija od leta 2021 do 2026 še naprej zviševale, s 13,53 USD/m3 (2020) na 19,09 USD/m3 (2027).

Na industrijo vplivata ekonomija in politika. Z okrevanjem svetovnega gospodarstva je vse več ljudi zaskrbljenih zaradi izboljšanja okoljskih standardov, zlasti v nerazvitih regijah z veliko populacijo in hitro gospodarsko rastjo, povpraševanje po heliju pa se bo povečalo.

Trenutno so med večjimi svetovnimi proizvajalci Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) in Gazprom (Ru) itd. Leta 2020 bo delež prodaje šestih največjih proizvajalcev presegel 74 %. Pričakuje se, da se bo konkurenca v panogi v naslednjih nekaj letih zaostrila.

Kriogena oprema HL

Zaradi pomanjkanja virov tekočega helija in naraščajoče cene je pomembno zmanjšati izgube in pridobivanje tekočega helija med njegovo uporabo in transportom.

Podjetje HL Cryogenic Equipment, ustanovljeno leta 1992, je blagovna znamka, povezana s podjetjem HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. Podjetje HL Cryogenic Equipment se zavzema za načrtovanje in proizvodnjo visokovakuumsko izoliranih kriogenih cevovodov in z njimi povezane podporne opreme, da bi zadovoljilo različne potrebe strank. Vakuumsko izolirane cevi in ​​gibljive cevi so izdelane iz visokovakuumskih in večplastnih večslojnih posebnih izoliranih materialov ter so podvržene vrsti izjemno strogih tehničnih obdelav in visokovakuumske obdelave, ki se uporabljajo za prenos tekočega kisika, tekočega dušika, tekočega argona, tekočega vodika, tekočega helija, utekočinjenega etilena (LEG) in utekočinjenega naravnega plina (LNG).

Serija izdelkov vakuumsko oplaščenih cevi, vakuumsko oplaščenih cevi, vakuumsko oplaščenih ventilov in faznih ločevalnikov v podjetju HL Cryogenic Equipment Company, ki je prestala vrsto izjemno strogih tehničnih obdelav, se uporablja za prenos tekočega kisika, tekočega dušika, tekočega argona, tekočega vodika, tekočega helija, 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, avtomatizacije, živilske in pijačne industrije, farmacije, bolnišnic, biobank, gume, proizvodnje novih materialov, kemijskega inženirstva, železa in jekla ter znanstvenih raziskav itd.

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