Helium je chemický prvek se symbolem He a atomovým číslem 2. Je to vzácný atmosférický plyn, bezbarvý, bez chuti, bez chuti, netoxický, nehořlavý, jen málo 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 jako plynné nebo kapalné helium a používá se v jaderných reaktorech, polovodičích, laserech, žárovkách, supravodivosti, přístrojové technice, polovodičích a optice vláken, kryogenice, MRI a výzkumu v laboratořích výzkumu a vývoje.

Nízkoteplotní zdroj chladu

Helium se používá jako kryogenní chladivo pro zdroje kryogenního chlazení, jako je zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), nukleární magnetická rezonanční spektroskopie (NMR), supravodivý kvantový urychlovač částic, velký hadronový urychlovač, interferometr (SQUID), elektronová spinová rezonance (ESR) a supravodivé magnetické ukládání energie (SMES), supravodivé generátory MHD, supravodivý senzor, přenos energie, transport maglev, 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, v tomto okamžiku odpor supravodiče náhle klesne na nulu. Velmi nízký odpor supravodiče vytváří silnější magnetické pole. V případě zařízení MRI používaného v nemocnicích vytváří silnější magnetická pole více detailů v radiografických snímcích.

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

Letectví a kosmonautika

Helium se také používá v balónech a vzducholodí. Vzhledem k tomu, že hélium je lehčí než vzduch, jsou vzducholodě a balóny naplněny héliem. Helium má výhodu v tom, že je nehořlavé, ačkoli vodík je více nadnášený a má nižší rychlost úniku z membrány. Další sekundární využití je v raketové technologii, kde se helium používá jako ztrátové médium k vytlačení paliva a okysličovadla v zásobních nádržích a ke kondenzaci vodíku a kyslíku k výrobě raketového paliva. Mohl by být také použit k odstranění paliva a okysličovadla z pozemního podpůrného zařízení před startem a mohl by předchlazovat kapalný vodík v kosmické lodi. V raketě Saturn V používané v programu Apollo bylo ke startu potřeba asi 370 000 metrů krychlových (13 milionů kubických stop) helia.

Detekce netěsností potrubí a analýza detekce

Dalším průmyslovým využitím helia je detekce netěsností. Detekce netěsností se používá k detekci netěsností v systémech obsahujících kapaliny a plyny. Protože helium difunduje pevnými látkami třikrát rychleji než vzduch, používá se jako sledovací plyn k detekci netěsností ve vysokovakuových zařízeních (jako jsou kryogenní nádrže) a vysokotlakých nádobách. Předmět je umístěn v komoře, která je následně evakuována a naplněna héliem. I při rychlostech úniku tak nízkých, jako je 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), může být helium unikající netěsností detekováno citlivým zařízením (héliovým hmotnostním spektrometrem). Postup měření je obvykle automatizovaný a nazývá se test integrace helia. Další, jednodušší metodou je naplnit předmět héliem a ručně vyhledat netěsnosti pomocí ručního zařízení.

Helium se používá pro detekci netěsností, protože je to nejmenší molekula a je to monoatomická molekula, takže helium snadno uniká. Plynné helium se naplní do objektu během detekce netěsnosti a pokud dojde k úniku, hmotnostní spektrometr helia bude schopen detekovat místo úniku. Helium lze použít k detekci netěsností v raketách, palivových nádržích, výměnících tepla, plynových vedeních, elektronice, TELEVIZE a dalších výrobních komponentech. Detekce úniků pomocí helia byla poprvé použita během projektu Manhattan k detekci úniků v závodech na obohacování uranu. Hélium pro detekci úniku může být nahrazeno vodíkem, dusíkem nebo směsí vodíku a dusíku.

Svařování a kovoobrábění

Plynné helium se používá jako ochranný plyn při obloukovém svařování a plazmovém obloukovém svařování, protože má vyšší ionizační potenciální energii než jiné atomy. Plynné helium kolem svaru zabraňuje oxidaci kovu v roztaveném stavu. Vysoká ionizační potenciální energie helia umožňuje plazmové obloukové svařování různých kovů používaných ve stavebnictví, stavbě lodí a letectví, jako jsou titan, zirkonium, hořčík a slitiny hliníku. I když helium v ​​ochranném plynu může být nahrazeno argonem nebo vodíkem, některé materiály (např. titan helium) nelze pro svařování plazmovým obloukem nahradit. Protože helium je 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 kontaktu s jinými látkami nepodléhá žádným chemickým reakcím. Tato vlastnost je zvláště důležitá u ochranných plynů při svařování.

Helium také dobře vede teplo. To je důvod, proč se běžně používá u svarů, kde je vyžadován vyšší tepelný příkon pro zlepšení smáčivosti svaru. Helium je také užitečné pro překročení rychlosti.

Helium se obvykle ve směsi ochranných plynů míchá s argonem v různém množství, aby se plně využily dobré vlastnosti obou plynů. Helium například působí jako ochranný plyn, který pomáhá zajistit širší a mělčí způsoby průniku během svařování. Ale helium neposkytuje čištění jako argon.

V důsledku toho výrobci kovů často zvažují míchání argonu s heliem jako součást svého pracovního procesu. Pro obloukové svařování kovů v ochranné atmosféře může helium tvořit 25 % až 75 % plynné směsi ve směsi helium/argon. Úpravou složení směsi ochranných plynů může svářeč ovlivnit distribuci tepla svaru, což následně ovlivňuje tvar průřezu svarového kovu a rychlost svařování.

Elektronický polovodičový průmysl

Jako inertní plyn je helium tak stabilní, že téměř nereaguje s jinými prvky. Díky této vlastnosti se používá jako štít při obloukovém svařování (aby se zabránilo kontaminaci kyslíku ve vzduchu). Helium má také další kritické aplikace, jako je výroba polovodičů a optických vláken. Navíc dokáže nahradit dusík při hloubkovém potápění, aby se zabránilo tvorbě bublinek dusíku v krevním řečišti, a tím předchází potápěčské nemoci.

Globální objem prodeje helia (2016–2027)

Globální trh s heliem nás v roce 2020 dosáhl 1825,37 milionů USD a očekává se, že v roce 2027 dosáhne 2742,04 milionů USD, se složenou roční mírou růstu (CAGR) 5,65 % (2021-2027). Průmysl má v příštích letech velkou nejistotu. Předpovědní data pro roky 2021-2027 v tomto článku vycházejí z historického vývoje několika posledních let, názorů průmyslových expertů a názorů analytiků v tomto článku.

Průmysl helia je vysoce koncentrovaný, získává se z přírodních zdrojů a má omezené světové výrobce, zejména ve Spojených státech, Rusku, Kataru a Alžírsku. Ve světě je spotřebitelský sektor soustředěn ve Spojených státech, Číně a Evropě a tak dále. Spojené státy americké mají v tomto odvětví dlouhou historii a neotřesitelnou pozici.

Mnoho společností má několik továren, ale obvykle nejsou blízko svým cílovým spotřebitelským trhům. Proto má výrobek vysoké náklady na dopravu.

Od prvních pěti let produkce rostla velmi pomalu. Helium je neobnovitelný zdroj energie a v zemích, které ho vyrábějí, jsou zavedeny politiky, které zajišťují jeho nepřetržité používání. Někteří předpovídají, že helium v ​​budoucnu dojde.

Průmysl má vysoký podíl na dovozu a vývozu. Téměř všechny země používají helium, ale jen málo z nich má zásoby helia.

Helium má široké využití a bude dostupné ve stále více oborech. Vzhledem k nedostatku přírodních zdrojů se poptávka po heliu v budoucnu pravděpodobně zvýší, což bude vyžadovat vhodné alternativy. Očekává se, že ceny helia budou od roku 2021 do roku 2026 nadále růst z 13,53 USD/m3 (2020) na 19,09 USD/m3 (2027).

Průmysl je ovlivněn ekonomikou a politikou. Jak se globální ekonomika zotavuje, stále více lidí se obává zlepšování environmentálních standardů, zejména v nerozvinutých regionech s velkým počtem obyvatel a rychlým ekonomickým růstem, poptávka po heliu poroste.

V současné době mezi hlavní světové výrobce patří Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) a Gazprom (Ru) atd. V roce 2020 přesáhne podíl Top 6 výrobců 74 %. Očekává se, že konkurence v oboru bude v příštích letech intenzivnější.

HL Kryogenní zařízení

Vzhledem k nedostatku zdrojů kapalného helia a rostoucí ceně je důležité snížit ztráty a regeneraci kapalného helia při jeho použití a přepravním procesu.

HL Cryogenic Equipment, která byla založena v roce 1992, je značkou přidruženou ke společnosti HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. Společnost HL Cryogenic Equipment se zavázala navrhovat a vyrábět vysokovakuově izolovaný kryogenní potrubní systém a související podpůrné vybavení, aby vyhověl různým potřebám zákazníků. Vakuově izolovaná trubka a flexibilní hadice jsou konstruovány z vysoce vakuových a vícevrstvých vícevrstvých speciálních izolačních materiálů a procházejí řadou extrémně přísných technických úprav a úpravy vysokým vakuem, která se používá pro přenos kapalného kyslíku, kapalného dusíku. , kapalný argon, kapalný vodík, kapalné helium, zkapalněný plyn ethylen LEG a zkapalněný přírodní plyn LNG.

Produktové řady vakuově opláštěné potrubí, vakuové opláštěné hadice, vakuově opláštěné ventily a separátor fází v HL Cryogenic Equipment Company, které prošly řadou extrémně přísných technických úprav, se používají pro přenos kapalného kyslíku, kapalného dusíku, kapalného argonu, kapalný vodík, kapalné helium, LEG a LNG a tyto produkty jsou servisovány pro kryogenní zařízení (např. kryogenní nádrže, Dewarovy nádoby a chladící boxy atd.) v průmyslu separace vzduchu, plynů, letectví, elektroniky, supravodičů, čipů, montáže automatizace, potravinářství a nápoje, lékárna, nemocnice, biobanka, guma, výroba nových materiálů, chemické inženýrství, železo a ocel a vědecký výzkum atd.

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