Helium je chemický prvek se symbolem He a atomovým číslem 2. Je to vzácný atmosférický plyn, bezbarvý, bez chuti, bez chuti, netoxický, nehořlavý, jen mírně rozpustný ve vodě. Koncentrace helia v atmosféře je 5,24 x 10⁻⁴ objemových procent. Má nejnižší body varu a tání ze všech prvků a existuje pouze jako plyn, s výjimkou extrémně chladných podmínek.

Helium se primárně přepravuje v plynném nebo kapalném stavu a používá se v jaderných reaktorech, polovodičích, laserech, žárovkách, supravodivosti, přístrojovém vybavení, polovodičích a optických vláknech, kryogenním výzkumu, magnetické rezonanci a výzkumných a vývojových laboratorních zařízeních.

Nízkoteplotní zdroj chladu

Helium se používá jako kryogenní chladivo pro kryogenní chladicí zdroje, jako je magnetická rezonance (MRI), nukleární magnetická rezonance (NMR), urychlovač supravodivých kvantových částic, velký hadronový urychlovač, interferometr (SQUID), elektronová spinová rezonance (ESR) a supravodivé magnetické úložiště energie (SMES), MHD supravodivé generátory, supravodivý senzor, přenos energie, maglevový transport, hmotnostní spektrometr, supravodivý magnet, separátory silného magnetického pole, supravodivé magnety s prstencovým polem pro fúzní reaktory a další kryogenní výzkum. Helium ochlazuje kryogenní supravodivé materiály a magnety téměř na absolutní nulu, kdy odpor supravodiče náhle klesne na nulu. Velmi nízký odpor supravodiče vytváří silnější magnetické pole. V případě zařízení MRI používaných v nemocnicích produkují silnější magnetická pole více detailů v radiografických snímcích.

Helium se používá jako superchladivo, protože má nejnižší body tání a varu, netuhne při atmosférickém tlaku a 0 K a je chemicky inertní, takže je téměř nemožné reagovat s jinými látkami. Kromě toho se helium stává supratekutým pod 2,2 Kelviny. Doposud nebyla jeho jedinečná ultramobilita využita v žádné průmyslové aplikaci. Při teplotách pod 17 Kelvinů neexistuje v kryogenním zdroji náhrada za helium jako chladivo.

Letectví a kosmonautika

Hélium se používá také v balónech a vzducholodích. Protože hélium je lehčí než vzduch, vzducholodě a balóny se plní héliem. Hélium má výhodu v tom, že je nehořlavé, ačkoli vodík lépe vznáší a má nižší rychlost úniku z membrány. Další sekundární využití je v raketové technologii, kde se hélium používá jako ztrátové médium k vytěsnění paliva a oxidačního činidla v zásobních nádržích a ke kondenzaci vodíku a kyslíku za účelem výroby raketového paliva. Mohlo by být také použito k odstranění paliva a oxidačního činidla z pozemního podpůrného vybavení před startem a mohlo by předchlazovat kapalný vodík v kosmické lodi. V raketě Saturn V použité v programu Apollo bylo k startu potřeba asi 370 000 metrů krychlových (13 milionů krychlových stop) hélia.

Detekce a analýza detekce netěsností v potrubí

Dalším průmyslovým využitím helia je detekce netěsností. Detekce netěsností se používá k detekci netěsností v systémech obsahujících kapaliny a plyny. Protože hélium difunduje pevnými látkami třikrát rychleji než vzduch, používá se jako stopovací plyn k detekci netěsností ve vysokovakuových zařízeních (jako jsou kryogenní nádrže) a vysokotlakých nádobách. Předmět se umístí do komory, která se poté evakuuje a naplní héliem. I při rychlostech netěsnosti pouhých 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) lze hélium unikající netěsností detekovat citlivým zařízením (hmotnostním spektrometrem s heliem). Postup měření je obvykle automatizovaný a nazývá se test integrace hélia. Další, jednodušší metodou je naplnit daný předmět héliem a ručně vyhledávat netěsnosti pomocí ručního zařízení.

Helium se používá k detekci úniků, protože je to nejmenší molekula a je to monatomická molekula, takže snadno uniká. Plynné helium se během detekce úniku plní do objektu a pokud dojde k úniku, hmotnostní spektrometr s heliem bude schopen detekovat místo úniku. Helium lze použít k detekci úniků v raketách, palivových nádržích, výměnících tepla, plynových potrubích, elektronice, televizních obrazovkách a dalších výrobních součástkách. Detekce úniků pomocí helia byla poprvé použita během projektu Manhattan k detekci úniků v zařízeních na obohacování uranu. Helium pro detekci úniků lze nahradit vodíkem, dusíkem nebo směsí vodíku a dusíku.

Svařování a zpracování kovů

Plynné hélium se používá jako ochranný plyn při obloukovém svařování a plazmovém svařování kvůli své vyšší ionizační potenciální energii než jiné atomy. Plynné hélium kolem svaru zabraňuje oxidaci kovu v roztaveném stavu. Vysoká ionizační potenciální energie hélia umožňuje plazmové obloukové svařování různých kovů používaných ve stavebnictví, stavbě lodí a letectví, jako jsou titan, zirkonium, hořčík a hliníkové slitiny. Ačkoli hélium v ​​ochranném plynu lze nahradit argonem nebo vodíkem, některé materiály (například titan, hélium) nelze při plazmovém svařování nahradit. Hélium je totiž jediný plyn, který je bezpečný při vysokých teplotách.

Jednou z nejaktivnějších oblastí vývoje je svařování nerezové oceli. Helium je inertní plyn, což znamená, že při styku s jinými látkami nepodléhá žádným chemickým reakcím. Tato vlastnost je obzvláště důležitá u ochranných plynů pro svařování.

Helium také dobře vede teplo. Proto se běžně používá ve svarech, kde je vyžadován vyšší tepelný příkon pro zlepšení smáčivosti svaru. Helium je také užitečné pro urychlení.

Helium se obvykle mísí s argonem v různých množstvích v ochranné směsi plynů, aby se plně využily dobré vlastnosti obou plynů. Helium například působí jako ochranný plyn, který pomáhá zajistit širší a mělčí průvar během svařování. Helium však neposkytuje takové čištění jako argon.

V důsledku toho výrobci kovů často zvažují míchání argonu s heliem jako součást svého pracovního procesu. U svařování kovů v ochranné atmosféře plynu může hélium tvořit 25 % až 75 % směsi plynů ve směsi hélia a argonu. Úpravou složení směsi ochranných plynů může svářeč ovlivnit rozložení tepla svaru, což následně ovlivňuje tvar průřezu svarového kovu a rychlost svařování.

Elektronický polovodičový průmysl

Jako inertní plyn je hélium tak stabilní, že téměř nereaguje s jinými prvky. Tato vlastnost ho předurčuje jako štít při obloukovém svařování (aby se zabránilo kontaminaci kyslíkem ve vzduchu). Hélium má také další důležité aplikace, jako je výroba polovodičů a optických vláken. Kromě toho může nahradit dusík při hlubokém potápění, aby se zabránilo tvorbě bublin dusíku v krevním řečišti, a tím předejít potápěčské nevolnosti.

Globální objem prodeje hélia (2016–2027)

Globální trh s héliem dosáhl v roce 2020 hodnoty 1 825,37 milionu USD a v roce 2027 by měl dosáhnout 2 742,04 milionu USD s roční složkou růstu (CAGR) 5,65 % (2021–2027). Toto odvětví čelí v nadcházejících letech velké nejistotě. Prognózovaná data na období 2021–2027 v tomto dokumentu vycházejí z historického vývoje v posledních několika letech, názorů odborníků z oboru a názorů analytiků uvedených v tomto dokumentu.

Průmysl výroby helia je vysoce koncentrovaný, pochází z přírodních zdrojů a má omezený počet globálních výrobců, zejména ve Spojených státech, Rusku, Kataru a Alžírsku. Ve světě je spotřebitelský sektor soustředěn ve Spojených státech, Číně, Evropě atd. Spojené státy mají v tomto odvětví dlouhou historii a neotřesitelné postavení.

Mnoho společností má několik továren, ale ty obvykle nejsou blízko svých cílových spotřebitelských trhů. Proto má produkt vysoké náklady na dopravu.

Od prvních pěti let rostla produkce velmi pomalu. Helium je neobnovitelný zdroj energie a v zemích produkujících hélium jsou zavedeny opatření, která mají zajistit jeho další využívání. Někteří předpovídají, že zásoby hélia v budoucnu dojdou.

Toto odvětví má vysoký podíl dovozu a vývozu. Téměř všechny země používají hélium, ale jen málo z nich má jeho zásoby.

Hélium má širokou škálu využití a bude dostupné ve stále více oblastech. Vzhledem k nedostatku přírodních zdrojů se poptávka po héliu v budoucnu pravděpodobně zvýší, což si vyžádá vhodné alternativy. Očekává se, že ceny hélia budou v letech 2021 až 2026 dále růst, z 13,53 USD/m3 (2020) na 19,09 USD/m3 (2027).

Toto odvětví je ovlivněno ekonomikou a politikou. S oživením globální ekonomiky se stále více lidí obává o zlepšení environmentálních standardů, zejména v méně rozvinutých regionech s velkou populací a rychlým hospodářským růstem, a poptávka po héliu se bude zvyšovat.

V současné době mezi hlavní světové výrobce patří Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) a Gazprom (Ru) atd. V roce 2020 překročí podíl 6 největších výrobců na tržbách 74 %. Očekává se, že konkurence v tomto odvětví se v příštích několika letech zostří.

Kryogenní zařízení HL

Vzhledem k nedostatku zdrojů kapalného hélia a rostoucí ceně je důležité omezit ztráty a znovuzískávání kapalného hélia při jeho použití a přepravě.

Společnost HL Cryogenic Equipment, založená v roce 1992, je značkou přidruženou ke společnosti HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. Společnost HL Cryogenic Equipment se zabývá návrhem a výrobou kryogenních potrubních systémů s vysokou vakuovou izolací a souvisejícího podpůrného zařízení, aby splňovala různé potřeby zákazníků. Vakuově izolované potrubí a flexibilní hadice jsou vyrobeny ze speciálních izolačních materiálů s vysokou vakuovou izolací a vícevrstvou strukturou a procházejí řadou extrémně přísných technických úprav a zpracování vysokou vakuem, které se používají k přenosu kapalného kyslíku, kapalného dusíku, kapalného argonu, kapalného vodíku, kapalného hélia, zkapalněného ethylenu (LEG) a zkapalněného přírodního plynu LNG.

Produktová řada vakuově opláštěných trubek, vakuově opláštěných hadic, vakuově opláštěných ventilů a fázových separátorů od společnosti HL Cryogenic Equipment Company, která prošla řadou extrémně přísných technických úprav, se používá k přenosu kapalného kyslíku, kapalného dusíku, kapalného argonu, kapalného vodíku, kapalného hélia, LEG a LNG. Tyto produkty jsou servisovány pro kryogenní zařízení (např. kryogenní nádrže, Dewarovy nádoby a chladicí boxy atd.) v odvětvích separace vzduchu, plynů, letectví, elektroniky, supravodičů, čipů, automatizace, potravinářství a nápojárenství, farmacie, nemocnic, biobank, gumáren, výroby nových materiálů, chemického inženýrství, železářství a ocelářství a vědeckého výzkumu atd.

Společnost HL Cryogenic Equipment Company se stala kvalifikovaným dodavatelem/prodejcem pro společnosti Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani a Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) atd.