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

Hélium sa prepravuje predovšetkým v plynnom alebo kvapalnom stave a používa sa v jadrových reaktoroch, polovodičoch, laseroch, žiarovkách, supravodivosti, prístrojoch, polovodičoch a optických vláknach, kryogénnom výskume, magnetickej rezonancii a laboratórnom výskume a vývoji.

Nízkoteplotný zdroj chladu

Hélium sa používa ako kryogénne chladivo pre kryogénne chladiace zdroje, ako je magnetická rezonancia (MRI), spektroskopia nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR), urýchľovač supravodivých kvantových častíc, veľký hadrónový urýchľovač, interferometer (SQUID), elektrónová spinová rezonancia (ESR) a supravodivé magnetické úložisko energie (SMES), MHD supravodivé generátory, supravodivý senzor, prenos energie, maglevová doprava, 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, pričom v tomto bode odpor supravodiča náhle klesne na nulu. Veľmi nízky odpor supravodiča vytvára silnejšie magnetické pole. V prípade zariadení MRI používaných v nemocniciach produkujú silnejšie magnetické polia viac detailov v rádiografických snímkach.

Hélium sa používa ako superchladivo, pretože má najnižšie body topenia a varu, netuhne pri atmosférickom tlaku a 0 K a je chemicky inertné, takže je takmer nemožné reagovať s inými látkami. Okrem toho sa hélium stáva supratekutým pod 2,2 Kelvina. Doteraz sa jeho jedinečná ultramobilita nevyužívala v žiadnej priemyselnej aplikácii. Pri teplotách pod 17 Kelvinov neexistuje náhrada za hélium ako chladivo v kryogénnom zdroji.

Letectvo a astronautika

Hélium sa používa aj v balónoch a vzducholodiach. Keďže hélium je ľahšie ako vzduch, vzducholode a balóny sa plnia héliom. Hélium má výhodu v tom, že je nehorľavé, hoci vodík lepšie vznáša a má nižšiu mieru úniku z membrány. Ďalšie sekundárne použitie je v raketovej technológii, kde sa hélium používa ako stratové médium na vytesnenie paliva a oxidačného činidla v skladovacích nádržiach a na kondenzáciu vodíka a kyslíka na výrobu raketového paliva. Mohlo by sa tiež použiť na odstránenie paliva a oxidačného činidla z pozemných podporných zariadení pred štartom a mohlo by predchladiť kvapalný vodík v kozmickej lodi. V rakete Saturn V použitej v programe Apollo bolo na štart potrebných približne 370 000 kubických metrov (13 miliónov kubických stôp) hélia.

Detekcia a analýza detekcie únikov v potrubí

Ďalším priemyselným využitím hélia je detekcia únikov. Detekcia únikov sa používa na detekciu únikov v systémoch obsahujúcich kvapaliny a plyny. Pretože hélium difunduje cez pevné látky trikrát rýchlejšie ako vzduch, používa sa ako stopovací plyn na detekciu únikov vo vysokovákuových zariadeniach (ako sú kryogénne nádrže) a vysokotlakových nádobách. Predmet sa umiestni do komory, ktorá sa potom evakuuje a naplní héliom. Aj pri rýchlostiach úniku až 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) je možné hélium unikajúce cez únik detegovať citlivým zariadením (héliový hmotnostný spektrometer). Postup merania je zvyčajne automatizovaný a nazýva sa test integrácie hélia. Ďalšou, jednoduchšou metódou je naplniť daný predmet héliom a manuálne vyhľadať úniky pomocou ručného zariadenia.

Hélium sa používa na detekciu únikov, pretože je to najmenšia molekula a je to monatomická molekula, takže hélium ľahko uniká. Plynné hélium sa počas detekcie úniku plní do objektu a ak dôjde k úniku, hmotnostný spektrometer hélia dokáže zistiť miesto úniku. Hélium sa môže použiť na detekciu únikov v raketách, palivových nádržiach, výmenníkoch tepla, plynových potrubiach, elektronike, televíznych obrazovkách a iných výrobných komponentoch. Detekcia únikov pomocou hélia sa prvýkrát použila počas projektu Manhattan na detekciu únikov v závodoch na obohacovanie uránu. Hélium na detekciu únikov sa môže nahradiť vodíkom, dusíkom alebo zmesou vodíka a dusíka.

Zváranie a obrábanie kovov

Hélium sa používa ako ochranný plyn pri oblúkovom zváraní a plazmovom zváraní kvôli jeho vyššej ionizačnej potenciálnej energii ako iné atómy. Hélium okolo zvaru zabraňuje oxidácii kovu v roztavenom stave. Vysoká ionizačná potenciálna energia hélia umožňuje plazmové oblúkové zváranie rôznych kovov používaných v stavebníctve, lodiarstve a leteckom priemysle, ako sú titán, zirkónium, horčík a hliníkové zliatiny. Hoci hélium v ​​ochrannom plyne možno nahradiť argónom alebo vodíkom, niektoré materiály (ako napríklad titán a hélium) nemožno nahradiť pri plazmovom zváraní. Hélium je totiž 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 kontakte s inými látkami nepodlieha žiadnym chemickým reakciám. Táto vlastnosť je obzvlášť dôležitá pri ochranných plynoch pri zváraní.

Hélium tiež dobre vedie teplo. Preto sa bežne používa vo zvaroch, kde je potrebný vyšší tepelný príkon na zlepšenie zmáčavosti zvaru. Hélium je tiež užitočné na urýchlenie zvárania.

Hélium sa v zmesi ochranných plynov zvyčajne mieša s argónom v rôznych množstvách, aby sa plne využili dobré vlastnosti oboch plynov. Hélium napríklad pôsobí ako ochranný plyn, ktorý pomáha zabezpečiť širšie a plytšie spôsoby prievanu počas zvárania. Hélium však neposkytuje také 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 môže hélium tvoriť 25 % až 75 % zmesi plynov v zmesi hélia a argónu. 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. Táto vlastnosť ho predurčuje ako ochranný štít pri oblúkovom zváraní (aby sa zabránilo kontaminácii kyslíkom vo vzduchu). Hélium má aj ďalšie dôležité aplikácie, ako je výroba polovodičov a optických vlákien. Okrem toho môže nahradiť dusík pri hlbokom potápaní, aby sa zabránilo tvorbe bublín dusíka v krvnom obehu, a tým sa predchádzalo potápačskej nevoľnosti.

Globálny objem predaja hélia (2016 – 2027)

Globálny trh s héliom dosiahol v roku 2020 hodnotu 1 825,37 milióna USD a očakáva sa, že v roku 2027 dosiahne 2 742,04 milióna USD s ročnou zloženou mierou rastu (CAGR) 5,65 % (2021 – 2027). Odvetvie čelí v nasledujúcich rokoch veľkej neistote. Predpokladané údaje na roky 2021 – 2027 v tomto dokumente sú založené na historickom vývoji za posledných niekoľko rokov, názoroch odborníkov z odvetvia a názoroch analytikov uvedených v tomto dokumente.

Héliový priemysel je vysoko koncentrovaný, pochádza z prírodných zdrojov a má obmedzený počet globálnych výrobcov, najmä v Spojených štátoch, Rusku, Katare a Alžírsku. Vo svete je spotrebiteľský sektor sústredený v Spojených štátoch, Číne, Európe atď. Spojené štáty majú v tomto odvetví dlhú históriu a neotrasiteľné postavenie.

Mnohé spoločnosti majú niekoľko tovární, ale tie zvyčajne nie sú blízko svojich cieľových spotrebiteľských trhov. Preto má produkt vysoké náklady na dopravu.

Od prvých piatich rokov produkcia rástla veľmi pomaly. Hélium je neobnoviteľný zdroj energie a v krajinách, ktoré ho vyrábajú, sú zavedené opatrenia na zabezpečenie jeho ďalšieho využívania. Niektorí predpovedajú, že zásoby hélia sa v budúcnosti vyčerpajú.

Toto odvetvie má vysoký podiel dovozu a vývozu. Takmer všetky krajiny používajú hélium, ale len niektoré majú jeho rezervy.

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).

Toto odvetvie je ovplyvnené ekonomikou a politikou. S oživením globálnej ekonomiky sa čoraz viac ľudí obáva o zlepšenie environmentálnych noriem, najmä v menej rozvinutých regiónoch s veľkou populáciou a rýchlym hospodárskym rastom, a dopyt po héliu sa bude zvyšovať.

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

Kryogénne zariadenia HL

Vzhľadom na nedostatok zdrojov kvapalného hélia a rastúcu cenu je dôležité znížiť straty a spätné získavanie kvapalného hélia počas jeho používania a prepravy.

Spoločnosť HL Cryogenic Equipment, založená v roku 1992, je značkou pridruženou k spoločnosti HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. Spoločnosť HL Cryogenic Equipment sa zaväzuje navrhovať a vyrábať vysokovákuovo izolované kryogénne potrubné systémy a súvisiace podporné zariadenia, aby spĺňala rôzne potreby zákazníkov. Vákuovo izolované potrubie a flexibilné hadice sú vyrobené z vysokovákuových a viacvrstvových špeciálnych izolačných materiálov a prechádzajú sériou mimoriadne prísnych technických úprav a vysokovákuového spracovania, ktoré sa používajú na prenos kvapalného kyslíka, kvapalného dusíka, kvapalného argónu, kvapalného vodíka, kvapalného hélia, kvapalného etylénu (LEG) a kvapalného prírodného plynu LNG.

Produktová rada vákuovo opláštených rúrok, vákuovo opláštených hadíc, vákuovo opláštených ventilov a fázových separátorov od spoločnosti HL Cryogenic Equipment Company, ktorá prešla sériou mimoriadne prísnych technických úprav, sa používa na prenos kvapalného kyslíka, kvapalného dusíka, kvapalného argónu, kvapalného vodíka, kvapalného hélia, LEG a LNG a tieto produkty sa servisujú pre kryogénne zariadenia (napr. kryogénne nádrže, Dewarove nádoby a chladiace boxy atď.) v odvetviach separácie vzduchu, plynov, letectva, elektroniky, supravodičov, čipov, automatizačnej montáže, potravinárstva a nápojov, farmácie, nemocníc, biobanky, gumy, výroby nových materiálov, chemického inžinierstva, železa a ocele a vedeckého výskumu 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.