Hélium je chemický prvok so symbolom He a atómovým číslom 2. Je to vzácny atmosférický plyn, bezfarebný, bez chuti, bez chuti, netoxický, nehorľavý, len málo rozpustný vo vode. Koncentrácia hélia v atmosfére je 5,24 x 10-4 objemových percent. Má najnižšie teploty varu a topenia zo všetkých prvkov a existuje iba ako plyn, s výnimkou extrémne chladných podmienok.

Hélium sa primárne prepravuje ako plynné alebo kvapalné hélium a používa sa v jadrových reaktoroch, polovodičoch, laseroch, žiarovkách, supravodivosti, prístrojovom vybavení, polovodičoch a vláknovej optike, kryogénnom, MRI a výskumnom a vývojovom laboratóriu.

Nízkoteplotný zdroj chladu

Hélium sa používa ako kryogénne chladivo pre zdroje kryogénneho chladenia, ako je zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI), nukleárna magnetická rezonancia (NMR) spektroskopia, supravodivý kvantový urýchľovač častíc, veľký hadrónový urýchľovač, interferometer (SQUID), elektrónová spinová rezonancia (ESR) a supravodivé ukladanie magnetickej energie (SMES), supravodivé generátory MHD, supravodivý senzor, prenos energie, transport maglev, hmotnostný spektrometer, supravodivý magnet, separátory silného magnetického poľa, supravodivé magnety s prstencovým poľom pre fúzne reaktory a iný kryogénny výskum. Hélium ochladzuje kryogénne supravodivé materiály a magnety takmer na absolútnu nulu, v tomto bode odpor supravodiča náhle klesne na nulu. Veľmi nízky odpor supravodiča vytvára silnejšie magnetické pole. V prípade zariadení MRI používaných v nemocniciach vytvárajú silnejšie magnetické polia viac detailov v rádiografických snímkach.

Hélium sa používa ako superchladivo, pretože hélium má najnižšie teploty topenia a varu, nestuhne pri atmosférickom tlaku a 0 K a hélium je chemicky inertné, takže je takmer nemožné reagovať s inými látkami. Okrem toho sa hélium stáva supratekutým pod 2,2 Kelvina. Jedinečná ultramobilita nebola doteraz využitá v žiadnej priemyselnej aplikácii. Pri teplotách pod 17 Kelvinov neexistuje žiadna náhrada za hélium ako chladivo v kryogénnom zdroji.

Letectvo a kozmonautika

Hélium sa používa aj v balónoch a vzducholodiach. Pretože hélium je ľahšie ako vzduch, vzducholode a balóny sú plnené héliom. Hélium má tú výhodu, že je nehorľavé, hoci vodík je viac nadnášaný a má nižšiu rýchlosť úniku z membrány. Ďalšie sekundárne využitie je v raketovej technológii, kde sa hélium používa ako stratové médium na vytlačenie paliva a okysličovadla v skladovacích nádržiach a kondenzáciu vodíka a kyslíka na výrobu raketového paliva. Mohol by sa tiež použiť na odstránenie paliva a oxidantu z pozemného podporného zariadenia pred štartom a mohol by predchladiť kvapalný vodík v kozmickej lodi. V rakete Saturn V použitej v programe Apollo bolo na štart potrebných asi 370 000 metrov kubických (13 miliónov kubických stôp) hélia.

Detekcia úniku potrubia a analýza detekcie

Ďalším priemyselným využitím hélia je detekcia netesností. Detekcia netesností sa používa na detekciu netesností v systémoch obsahujúcich kvapaliny a plyny. Pretože hélium difunduje cez pevné látky trikrát rýchlejšie ako vzduch, používa sa ako sledovací plyn na detekciu netesností vo vysokovákuových zariadeniach (ako sú kryogénne nádrže) a vysokotlakových nádobách. Predmet sa umiestni do komory, ktorá sa potom evakuuje a naplní héliom. Dokonca aj pri rýchlosti úniku len 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) môže byť hélium unikajúce cez netesnosť detekované citlivým zariadením (héliový hmotnostný spektrometer). Postup merania je zvyčajne automatizovaný a nazýva sa test integrácie hélia. Ďalšou, jednoduchšou metódou je naplniť predmetný objekt héliom a manuálne vyhľadať netesnosti pomocou ručného zariadenia.

Hélium sa používa na detekciu úniku, pretože je to najmenšia molekula a je to monatomická molekula, takže hélium ľahko uniká. Plynné hélium sa naplní do objektu počas detekcie úniku a ak dôjde k úniku, héliový hmotnostný spektrometer bude schopný zistiť miesto úniku. Hélium je možné použiť na detekciu netesností v raketách, palivových nádržiach, výmenníkoch tepla, plynovodoch, elektronike, TELEVÍZNYCH trubiciach a iných výrobných komponentoch. Detekcia úniku pomocou hélia bola prvýkrát použitá počas projektu Manhattan na detekciu únikov v závodoch na obohacovanie uránu. Hélium na detekciu úniku môže byť nahradené vodíkom, dusíkom alebo zmesou vodíka a dusíka.

Zváranie a kovoobrábanie

Plyn hélium sa používa ako ochranný plyn pri oblúkovom zváraní a zváraní plazmovým oblúkom, pretože má vyššiu ionizačnú potenciálnu energiu ako iné atómy. Plynné hélium okolo zvaru zabraňuje oxidácii kovu v roztavenom stave. Vysoká ionizačná potenciálna energia hélia umožňuje plazmové oblúkové zváranie rôznych kovov používaných v stavebníctve, stavbe lodí a letectve, ako sú zliatiny titánu, zirkónu, horčíka a hliníka. Hoci hélium v ​​ochrannom plyne môže byť nahradené argónom alebo vodíkom, niektoré materiály (napríklad hélium titánu) nie je možné nahradiť pri zváraní plazmovým oblúkom. Pretože hélium je jediný plyn, ktorý je bezpečný pri vysokých teplotách.

Jednou z najaktívnejších oblastí vývoja je zváranie nehrdzavejúcej ocele. Hélium je inertný plyn, čo znamená, že pri vystavení iným látkam nepodlieha žiadnym chemickým reakciám. Táto vlastnosť je obzvlášť dôležitá pri zváracích ochranných plynoch.

Hélium tiež dobre vedie teplo. To je dôvod, prečo sa bežne používa pri zvaroch, kde je potrebný vyšší tepelný príkon na zlepšenie zmáčavosti zvaru. Hélium je tiež užitočné pri prekračovaní rýchlosti.

Hélium sa zvyčajne zmiešava s argónom v rôznych množstvách v zmesi ochranných plynov, aby sa naplno využili dobré vlastnosti oboch plynov. Hélium, napríklad, pôsobí ako ochranný plyn, ktorý pomáha poskytovať širšie a plytšie spôsoby prieniku počas zvárania. Hélium však nezabezpečuje čistenie ako argón.

V dôsledku toho výrobcovia kovov často zvažujú miešanie argónu s héliom ako súčasť svojho pracovného procesu. Pri oblúkovom zváraní kovov v ochrannej atmosfére plynu môže hélium tvoriť 25 % až 75 % zmesi plynov v zmesi hélium/argón. Úpravou zloženia zmesi ochranných plynov môže zvárač ovplyvniť rozloženie tepla zvaru, čo následne ovplyvňuje tvar prierezu zvarového kovu a rýchlosť zvárania.

Elektronický polovodičový priemysel

Ako inertný plyn je hélium také stabilné, že takmer nereaguje s inými prvkami. Vďaka tejto vlastnosti sa používa ako štít pri oblúkovom zváraní (aby sa zabránilo kontaminácii kyslíkom vo vzduchu). Hélium má aj ďalšie kritické aplikácie, ako je výroba polovodičov a optických vlákien. Okrem toho môže nahradiť dusík pri hĺbkovom potápaní, aby sa zabránilo tvorbe bublín dusíka v krvnom obehu, čím sa predíde chorobe z potápania.

Globálny objem predaja hélia (2016 – 2027)

Globálny trh s héliom nám v roku 2020 dosiahol 1 825,37 milióna USD a očakáva sa, že v roku 2027 dosiahne 2 742,04 milióna USD so zloženou ročnou mierou rastu (CAGR) 5,65 % (2021 – 2027). Odvetvie má v najbližších rokoch veľkú neistotu. Predpovedané údaje na roky 2021 – 2027 v tomto článku vychádzajú z historického vývoja niekoľkých posledných rokov, názorov odborníkov z odvetvia a názorov analytikov v tomto článku.

Odvetvie hélia je vysoko koncentrované, pochádza z prírodných zdrojov a má obmedzených globálnych výrobcov, najmä v Spojených štátoch, Rusku, Katare a Alžírsku. Vo svete je spotrebiteľský sektor sústredený v Spojených štátoch, Číne a Európe atď. Spojené štáty americké majú v tomto odvetví dlhú históriu a neotrasiteľnú pozíciu.

Mnoho spoločností má niekoľko tovární, ale zvyčajne nie sú blízko svojich cieľových spotrebiteľských trhov. Preto má výrobok vysoké náklady na dopravu.

Od prvých piatich rokov produkcia rástla veľmi pomaly. Hélium je neobnoviteľný zdroj energie a v krajinách, ktoré ho produkujú, sú zavedené politiky na zabezpečenie jeho nepretržitého využívania. Niektorí predpovedajú, že hélium sa v budúcnosti minie.

Priemysel má vysoký podiel na dovoze a vývoze. Takmer všetky krajiny používajú hélium, ale len niektoré z nich majú zásoby hélia.

Hélium má široké využitie a bude dostupné v čoraz väčšom počte oblastí. Vzhľadom na nedostatok prírodných zdrojov sa dopyt po héliu v budúcnosti pravdepodobne zvýši, čo si bude vyžadovať vhodné alternatívy. Očakáva sa, že ceny hélia budú od roku 2021 do roku 2026 naďalej rásť z 13,53 USD/m3 (2020) na 19,09 USD/m3 (2027).

Priemysel je ovplyvnený ekonomikou a politikou. Ako sa globálna ekonomika zotavuje, čoraz viac ľudí sa obáva zlepšovania environmentálnych noriem, najmä v zaostalých regiónoch s veľkým počtom obyvateľov a rýchlym hospodárskym rastom sa dopyt po héliu zvýši.

V súčasnosti medzi hlavných svetových výrobcov patria Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) a Gazprom (Ru) atď. V roku 2020 presiahne podiel predaja Top 6 výrobcov 74 %. Očakáva sa, že konkurencia v odvetví sa v najbližších rokoch zintenzívni.

Kryogénne zariadenia HL

Vzhľadom na nedostatok zdrojov tekutého hélia a rastúcu cenu je dôležité znížiť straty a regeneráciu tekutého hélia pri jeho použití a prepravnom procese.

HL Cryogenic Equipment Company, ktorá bola založená v roku 1992, je značkou pridruženou k HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment sa zaviazala navrhovať a vyrábať vysoko vákuovo izolovaný kryogénny potrubný systém a súvisiace podporné vybavenie, aby vyhovovali rôznym potrebám zákazníkov. Vákuovo izolované potrubie a flexibilná hadica sú konštruované z vysoko vákuových a viacvrstvových viacvrstvových špeciálnych izolačných materiálov a prechádzajú sériou extrémne prísnych technických úprav a vysokotlakovou úpravou, ktorá sa používa na prenos tekutého kyslíka, tekutého dusíka. , kvapalný argón, kvapalný vodík, kvapalné hélium, skvapalnený etylénový plyn LEG a skvapalnený prírodný plyn LNG.

Produktový rad vákuovo opláštených potrubí, vákuových opláštených hadíc, vákuovo opláštených ventilov a fázových separátorov v spoločnosti HL Cryogenic Equipment Company, ktoré prešli sériou extrémne prísnych technických úprav, sa používajú na prenos tekutého kyslíka, tekutého dusíka, tekutého argónu, atď. kvapalný vodík, kvapalné hélium, LEG a LNG a tieto produkty sú servisované pre kryogénne zariadenia (napr. kryogénne nádrže, Dewarove nádoby a chladiace boxy atď.) v odvetviach separácie vzduchu, plynov, letectva, elektroniky, supravodičov, čipov, montáže automatizácie, potravín a nápoje, lekáreň, nemocnica, biobanka, guma, výroba nových materiálov, chemické inžinierstvo, železo a oceľ a vedecký výskum atď.

Spoločnosť HL Cryogenic Equipment Company sa stala kvalifikovaným dodávateľom / predajcom spoločností Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani a Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) atď.