Хелијум је хемијски елемент са симболом He и атомским бројем 2. То је редак атмосферски гас, безбојан, без укуса, нетоксичан, незапаљив, само мало растворљив у води. Концентрација хелијума у атмосфери је 5,24 x 10-4 по запреминском проценту. Има најниже тачке кључања и топљења од било ког елемента и постоји само као гас, осим у екстремно хладним условима.

Хелијум се првенствено транспортује као гасовити или течни хелијум и користи се у нуклеарним реакторима, полупроводницима, ласерима, сијалицама, суперпроводљивости, инструментима, полупроводницима и оптичким влакнима, криогеним истраживањима, магнетној резонанцији и лабораторијским истраживањима за истраживање и развој.

Извор хладноће на ниској температури

Хелијум се користи као криогено расхладно средство за криогене изворе хлађења, као што су магнетна резонанција (МРИ), нуклеарна магнетна резонанција (НМР) спектроскопија, суперпроводни квантни акцелератор честица, велики хадронски сударач, интерферометар (SQUID), електронска спинска резонанца (ESR) и суперпроводно магнетно складиштење енергије (SMES), MHD суперпроводни генератори, суперпроводни сензор, пренос снаге, маглев транспорт, масени спектрометар, суперпроводни магнет, сепаратори јаког магнетног поља, ануларни суперпроводни магнети за фузионе реакторе и друга криогена истраживања. Хелијум хлади криогене суперпроводне материјале и магнете скоро до апсолутне нуле, у ком тренутку отпор суперпроводника нагло пада на нулу. Веома низак отпор суперпроводника ствара снажније магнетно поље. У случају МРИ опреме која се користи у болницама, јача магнетна поља производе више детаља на радиографским сликама.

Хелијум се користи као суперхладно средство јер хелијум има најниже тачке топљења и кључања, не стврдњава се на атмосферском притиску и 0 K, а хелијум је хемијски инертан, што га чини готово немогућим да реагује са другим супстанцама. Поред тога, хелијум постаје суперфлуидан испод 2,2 Келвина. До сада, јединствена ултрамобилност није искоришћена ни у једној индустријској примени. На температурама испод 17 Келвина, не постоји замена за хелијум као расхладно средство у криогеном извору.

Аеронаутика и астронаутика

Хелијум се такође користи у балонима и ваздушним бродовима. Пошто је хелијум лакши од ваздуха, ваздушни бродови и балони се пуне хелијумом. Хелијум има предност што је незапаљив, иако је водоник боље пловни и има мању брзину изласка из мембране. Још једна секундарна употреба је у ракетној технологији, где се хелијум користи као медијум за губитак горива и оксиданса у резервоарима за складиштење и кондензацију водоника и кисеоника за производњу ракетног горива. Такође би се могао користити за уклањање горива и оксиданса из опреме за подршку са земље пре лансирања и могао би претходно хладити течни водоник у свемирској летелици. У ракети Сатурн V која је коришћена у програму Аполо, за лансирање је било потребно око 370.000 кубних метара (13 милиона кубних стопа) хелијума.

Детекција цурења цевовода и анализа детекције

Још једна индустријска употреба хелијума је детекција цурења. Детекција цурења се користи за откривање цурења у системима који садрже течности и гасове. Пошто хелијум дифундује кроз чврсте материје три пута брже од ваздуха, користи се као гас за праћење цурења у опреми са високим вакуумом (као што су криогени резервоари) и посудама под високим притиском. Објекат се ставља у комору, која се затим евакуише и пуни хелијумом. Чак и при брзинама цурења ниским као што је 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), хелијум који цури кроз цурење може се детектовати осетљивим уређајем (хелијумским масеним спектрометар). Поступак мерења је обично аутоматизован и назива се тест интеграције хелијума. Други, једноставнији метод је да се предметни објекат напуни хелијумом и ручно претражи цурење помоћу ручног уређаја.

Хелијум се користи за детекцију цурења јер је најмањи молекул и монатомски је молекул, па хелијум лако цури. Хелијум се пуни у објекат током детекције цурења, и ако дође до цурења, масени спектрометар хелијума ће моћи да детектује локацију цурења. Хелијум се може користити за детекцију цурења у ракетама, резервоарима за гориво, измењивачима топлоте, гасоводима, електроници, телевизијским цевима и другим производним компонентама. Детекција цурења помоћу хелијума први пут је коришћена током пројекта Менхетн за детекцију цурења у постројењима за обогаћивање уранијума. Хелијум за детекцију цурења може се заменити водоником, азотом или смешом водоника и азота.

Заваривање и обрада метала

Хелијум се користи као заштитни гас у електролучном заваривању и плазма електролучном заваривању због своје веће потенцијалне енергије јонизације од других атома. Хелијум око завара спречава оксидацију метала у растопљеном стању. Висока потенцијална енергија јонизације хелијума омогућава плазма електролучно заваривање различитих метала који се користе у грађевинарству, бродоградњи и ваздухопловству, као што су легуре титанијума, цирконијума, магнезијума и алуминијума. Иако се хелијум у заштитном гасу може заменити аргоном или водоником, неки материјали (као што је титанијум и хелијум) не могу се заменити за плазма електролучно заваривање. Зато што је хелијум једини гас који је безбедан на високим температурама.

Једно од најактивнијих подручја развоја је заваривање нерђајућег челика. Хелијум је инертни гас, што значи да не подлеже хемијским реакцијама када је изложен другим супстанцама. Ова карактеристика је посебно важна код заштитних гасова за заваривање.

Хелијум такође добро проводи топлоту. Због тога се често користи у заваривањима где је потребан већи унос топлоте ради побољшања квашења завара. Хелијум је такође користан за убрзавање.

Хелијум се обично меша са аргоном у различитим количинама у заштитној смеши гаса како би се у потпуности искористила добра својства оба гасова. Хелијум, на пример, делује као заштитни гас који помаже у обезбеђивању ширег и плићег продирања током заваривања. Али хелијум не пружа чишћење које пружа аргон.

Као резултат тога, произвођачи метала често разматрају мешање аргона са хелијумом као део свог радног процеса. За заваривање метала заштићеним гасом, хелијум може чинити 25% до 75% смеше гаса у смеши хелијума/аргона. Подешавањем састава смеше заштитног гаса, заваривач може утицати на расподелу топлоте завара, што заузврат утиче на облик попречног пресека завара и брзину заваривања.

Електронска полупроводничка индустрија

Као инертни гас, хелијум је толико стабилан да готово не реагује ни са једним другим елементом. Ово својство га чини коришћеним као штит у електролучном заваривању (како би се спречила контаминација кисеоником у ваздуху). Хелијум такође има и друге критичне примене, као што су производња полупроводника и оптичких влакана. Поред тога, може заменити азот у дубоком роњењу како би спречио стварање мехурића азота у крвотоку, чиме се спречава ронилачка болест.

Глобални обим продаје хелијума (2016-2027)

Глобално тржиште хелијума достигло је 1.825,37 милиона америчких долара у 2020. години и очекује се да ће достићи 2.742,04 милиона америчких долара у 2027. години, са сложеном годишњом стопом раста (CAGR) од 5,65% (2021-2027). Индустрија се суочава са великом неизвесношћу у наредним годинама. Прогнозирани подаци за 2021-2027. годину у овом раду засновани су на историјском развоју последњих неколико година, мишљењима стручњака из индустрије и мишљењима аналитичара у овом раду.

Индустрија хелијума је високо концентрисана, набавља се из природних ресурса и има ограничен број глобалних произвођача, углавном у Сједињеним Државама, Русији, Катару и Алжиру. У свету је потрошачки сектор концентрисан у Сједињеним Државама, Кини, Европи и тако даље. Сједињене Државе имају дугу историју и непоколебљиву позицију у индустрији.

Многе компаније имају неколико фабрика, али оне обично нису близу својих циљних потрошачких тржишта. Због тога производ има високе трошкове транспорта.

Од првих пет година, производња је расла веома споро. Хелијум је необновљиви извор енергије, а у земљама произвођачима су на снази политике како би се осигурала његова континуирана употреба. Неки предвиђају да ће хелијум понестати у будућности.

Индустрија има висок удео увоза и извоза. Скоро све земље користе хелијум, али само неколико њих има резерве хелијума.

Хелијум има широк спектар примене и биће доступан у све више области. С обзиром на оскудицу природних ресурса, потражња за хелијумом ће вероватно порасти у будућности, што ће захтевати одговарајуће алтернативе. Очекује се да ће цене хелијума наставити да расту од 2021. до 2026. године, са 13,53 долара/м3 (2020) на 19,09 долара/м3 (2027).

На индустрију утичу економија и политика. Како се глобална економија опоравља, све више људи је забринуто због побољшања еколошких стандарда, посебно у неразвијеним регионима са великом популацијом и брзим економским растом, потражња за хелијумом ће се повећавати.

Тренутно, главни светски произвођачи укључују Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) и Gazprom (Ru), итд. У 2020. години, удео продаје 6 највећих произвођача ће премашити 74%. Очекује се да ће конкуренција у индустрији постати интензивнија у наредних неколико година.

HL криогена опрема

Због оскудице ресурса течног хелијума и растуће цене, важно је смањити губитке и опоравити течни хелијум током његове употребе и процеса транспорта.

Компанија HL Cryogenic Equipment, основана 1992. године, је бренд повезан са компанијом HL Cryogenic Equipment Company, Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment је посвећена пројектовању и производњи криогених цевоводних система изолованих под високим вакуумом и пратеће опреме како би задовољила различите потребе купаца. Вакуумски изоловане цеви и флексибилна црева су направљени од специјалних изолованих материјала са високим вакуумом и вишеслојним вишеслојним екраном и пролазе кроз низ изузетно строгих техничких третмана и третмана под високим вакуумом, који се користе за пренос течног кисеоника, течног азота, течног аргона, течног водоника, течног хелијума, течног етилена (LEG) и течног природног гаса (LNG).

Серија производа вакуумски обложених цеви, вакуумски обложених црева, вакуумски обложених вентила и фазних сепаратора у компанији HL Cryogenic Equipment Company, која је прошла кроз низ изузетно строгих техничких третмана, користи се за пренос течног кисеоника, течног азота, течног аргона, течног водоника, течног хелијума, LEG и LNG, а ови производи се сервисирају за криогену опрему (нпр. криогене резервоаре, Дјуарове посуде и хладне кутије итд.) у индустријама раздвајања ваздуха, гасова, авијације, електронике, суперпроводника, чипова, аутоматизације, прехрамбене и пића, фармације, болница, биобанака, гуме, производње нових материјала, хемијског инжењерства, гвожђа и челика, као и научних истраживања итд.

Компанија HL Cryogenic Equipment је постала квалификовани добављач/продавац за Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani и Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) итд.