Heliul este un element chimic cu simbolul He și numărul atomic 2. Este un gaz atmosferic rar, incolor, insipid, insipid, netoxic, neinflamabil, doar puțin solubil în apă. Concentrația de heliu în atmosferă este de 5,24 x 10-4 procentaj în volum. Are cele mai scăzute puncte de fierbere și de topire dintre orice element și există doar ca gaz, cu excepția condițiilor extrem de reci.

Heliul este transportat în principal sub formă de heliu gazos sau lichid și este utilizat în reactoare nucleare, semiconductori, lasere, becuri, supraconductivitate, instrumente, semiconductori și fibre optice, criogenic, RMN și cercetare de laborator.

Sursa rece de temperatură scăzută

Heliul este folosit ca agent de răcire criogenic pentru sursele de răcire criogenică, cum ar fi imagistica prin rezonanță magnetică (IRM), spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară (RMN), acceleratorul de particule cuantice supraconductoare, ciocnitorul de hadron mare, interferometrul (SQUID), rezonanța spinului electronic (ESR) și stocarea energiei magnetice supraconductoare (SMES), generatoare supraconductoare MHD, senzor supraconductor, transmisie de putere, transport maglev, spectrometru de masă, magnet supraconductor, separatori puternici de câmp magnetic, magneți supraconductori de câmp inelar pentru reactoare de fuziune și alte cercetări criogenice. Heliul răcește materialele supraconductoare criogenice și magneții până aproape de zero absolut, moment în care rezistența supraconductorului scade brusc la zero. Rezistența foarte scăzută a unui supraconductor creează un câmp magnetic mai puternic. În cazul echipamentelor RMN utilizate în spitale, câmpurile magnetice mai puternice produc mai multe detalii în imaginile radiografice.

Heliul este folosit ca super-răcitor deoarece heliul are cele mai scăzute puncte de topire și fierbere, nu se solidifică la presiunea atmosferică și 0 K, iar heliul este inert din punct de vedere chimic, ceea ce face aproape imposibilă reacția cu alte substanțe. În plus, heliul devine superfluid sub 2,2 Kelvin. Până acum, ultra-mobilitatea unică nu a fost exploatată în nicio aplicație industrială. La temperaturi sub 17 Kelvin, nu există niciun înlocuitor pentru heliul ca agent frigorific în sursa criogenică.

Aeronautică și astronautică

Heliul este, de asemenea, folosit în baloane și avioane. Deoarece heliul este mai ușor decât aerul, aeronavele și baloanele sunt pline cu heliu. Heliul are avantajul de a fi neinflamabil, deși hidrogenul este mai plutitor și are o rată de evacuare mai mică din membrană. O altă utilizare secundară este în tehnologia rachetelor, în care heliul este folosit ca mediu de pierdere pentru a înlocui combustibilul și oxidantul în rezervoarele de stocare și pentru a condensa hidrogenul și oxigenul pentru a produce combustibil pentru rachete. De asemenea, ar putea fi folosit pentru a îndepărta combustibilul și oxidantul din echipamentele de sprijin de la sol înainte de lansare și ar putea pre-răci hidrogenul lichid în navă spațială. În racheta Saturn V folosită în programul Apollo, pentru lansare a fost nevoie de aproximativ 370.000 de metri cubi (13 milioane de picioare cubi) de heliu.

Detectarea și analiza de detectare a scurgerilor de conducte

O altă utilizare industrială a heliului este detectarea scurgerilor. Detectarea scurgerilor este utilizată pentru a detecta scurgerile în sistemele care conțin lichide și gaze. Deoarece heliul difuzează prin solide de trei ori mai repede decât aerul, este folosit ca gaz trasor pentru a detecta scurgerile în echipamentele cu vid înalt (cum ar fi rezervoarele criogenice) și vasele de înaltă presiune. Obiectul este plasat într-o cameră, care este apoi evacuată și umplută cu heliu. Chiar și la rate de scurgere de până la 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), heliul care scapă prin scurgere poate fi detectat de un dispozitiv sensibil (un spectrometru de masă cu heliu). Procedura de măsurare este de obicei automatizată și se numește test de integrare a heliului. O altă metodă, mai simplă, este să umpleți obiectul în cauză cu heliu și să căutați manual scurgerile folosind un dispozitiv portabil.

Heliul este folosit pentru detectarea scurgerilor deoarece este cea mai mică moleculă și este o moleculă monoatomică, astfel încât heliul se scurge ușor. Heliul gazos este introdus în obiect în timpul detectării scurgerii, iar dacă apare o scurgere, spectrometrul de masă cu heliu va putea detecta locația scurgerii. Heliul poate fi folosit pentru a detecta scurgeri în rachete, rezervoare de combustibil, schimbătoare de căldură, conducte de gaz, electronice, tuburi de televiziune și alte componente de fabricație. Detectarea scurgerilor folosind heliu a fost folosită pentru prima dată în timpul proiectului Manhattan pentru a detecta scurgerile la uzinele de îmbogățire a uraniului. Heliul pentru detectarea scurgerilor poate fi înlocuit cu hidrogen, azot sau un amestec de hidrogen și azot.

Sudarea și prelucrarea metalelor

Gazul heliu este utilizat ca gaz protector în sudarea cu arc și sudarea cu arc cu plasmă datorită energiei sale potențiale de ionizare mai mari decât alți atomi. Heliul gazos din jurul sudurii previne oxidarea metalului în stare topită. Energia potențială de ionizare ridicată a heliului permite sudarea cu arc cu plasmă a metalelor diferite utilizate în construcții, construcții navale și aerospațiale, cum ar fi aliajele de titan, zirconiu, magneziu și aluminiu. Deși heliul din gazul de protecție poate fi înlocuit cu argon sau hidrogen, unele materiale (cum ar fi heliul titan) nu pot fi înlocuite pentru sudarea cu arc cu plasmă. Pentru că heliul este singurul gaz care este sigur la temperaturi ridicate.

Una dintre cele mai active domenii de dezvoltare este sudarea oțelului inoxidabil. Heliul este un gaz inert, ceea ce înseamnă că nu suferă nicio reacție chimică atunci când este expus la alte substanțe. Această caracteristică este deosebit de importantă la sudarea gazelor de protecție.

Heliul conduce, de asemenea, bine căldura. Acesta este motivul pentru care este utilizat în mod obișnuit în suduri în care este necesar un aport de căldură mai mare pentru a îmbunătăți umecbilitatea sudurii. Heliul este util și pentru viteză.

Heliul este de obicei amestecat cu argon în cantități diferite în amestecul de gaze protectoare pentru a profita din plin de proprietățile bune ale ambelor gaze. Heliul, de exemplu, acționează ca un gaz protector pentru a ajuta la asigurarea unor moduri de penetrare mai largi și mai puțin adânci în timpul sudării. Dar heliul nu asigură curățarea pe care o face argonul.

Drept urmare, producătorii de metale consideră adesea amestecarea argonului cu heliu ca parte a procesului lor de lucru. Pentru sudarea cu arc metalic protejat cu gaz, heliul poate cuprinde 25% până la 75% din amestecul de gaz din amestecul de heliu/argon. Prin ajustarea compoziției amestecului de gaz de protecție, sudorul poate influența distribuția căldurii a sudurii, care la rândul său afectează forma secțiunii transversale a metalului sudat și viteza de sudare.

Industria semiconductoarelor electronice

Ca gaz inert, heliul este atât de stabil încât reacționează cu greu cu alte elemente. Această proprietate îl face să fie folosit ca scut în sudarea cu arc (pentru a preveni contaminarea oxigenului din aer). Heliul are și alte aplicații critice, cum ar fi fabricarea semiconductorilor și a fibrelor optice. În plus, poate înlocui azotul în scufundări adânci pentru a preveni formarea de bule de azot în fluxul sanguin, prevenind astfel boala de scufundare.

Volumul global de vânzări de heliu (2016-2027)

Piața globală de heliu a atins 1825,37 milioane USD în 2020 și este de așteptat să ajungă la 2742,04 milioane USD în 2027, cu o rată de creștere anuală compusă (CAGR) de 5,65% (2021-2027). Industria are o mare incertitudine în următorii ani. Datele de prognoză pentru 2021-2027 din această lucrare se bazează pe evoluția istorică a ultimilor câțiva ani, pe opiniile experților din industrie și pe opiniile analiștilor din această lucrare.

Industria heliului este foarte concentrată, provine din resurse naturale și are producători mondiali limitati, în principal în Statele Unite, Rusia, Qatar și Algeria. În lume, sectorul de consum este concentrat în Statele Unite, China și Europa și așa mai departe. Statele Unite ale Americii au o istorie lungă și o poziție de neclintit în industrie.

Multe companii au mai multe fabrici, dar de obicei nu sunt aproape de piețele lor de consum țintă. Prin urmare, produsul are un cost de transport ridicat.

Din primii cinci ani, producția a crescut foarte lent. Heliul este o sursă de energie neregenerabilă, iar în țările producătoare există politici pentru a asigura utilizarea sa în continuare. Unii prevăd că heliul se va epuiza în viitor.

Industria are o proporție mare de importuri și exporturi. Aproape toate țările folosesc heliu, dar doar câteva au rezerve de heliu.

Heliul are o gamă largă de utilizări și va fi disponibil în tot mai multe domenii. Având în vedere deficitul de resurse naturale, cererea de heliu este probabil să crească în viitor, necesitând alternative adecvate. Prețurile heliului vor continua să crească din 2021 până în 2026, de la 13,53 USD/m3 (2020) la 19,09 USD/m3 (2027).

Industria este afectată de economie și politică. Pe măsură ce economia globală își revine, tot mai mulți oameni sunt preocupați de îmbunătățirea standardelor de mediu, în special în regiunile subdezvoltate cu populație mare și creștere economică rapidă, cererea de heliu va crește.

În prezent, principalii producători globali includ Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) și Gazprom (Ru), etc. În 2020, cota de vânzări a Top 6 producători va depăși 74%. Este de așteptat ca în următorii câțiva ani concurența în industrie să devină mai intensă.

Echipament criogenic HL

Din cauza deficitului de resurse de heliu lichid și a prețului în creștere, este important să se reducă pierderea și recuperarea heliului lichid în procesul de utilizare și transport al acestuia.

HL Cryogenic Equipment, care a fost fondată în 1992, este o marcă afiliată HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment se angajează în proiectarea și fabricarea sistemului de conducte criogenice izolate în vid înalt și a echipamentelor de suport aferente pentru a satisface diferitele nevoi ale clienților. Țeava izolată în vid și furtunul flexibil sunt construite într-un vid înalt și cu mai multe straturi de materiale izolate speciale cu mai multe ecrane și trec printr-o serie de tratamente tehnice extrem de stricte și tratament în vid înalt, care este utilizat pentru transferul de oxigen lichid, azot lichid , argon lichid, hidrogen lichid, heliu lichid, gaz etilenă lichefiat LEG și gaz natural lichefiat GNL.

Seria de produse de țeavă cu manta de vid, furtun cu manta de vid, supapă cu manta de vid și separator de fază din HL Cryogenic Equipment Company, care a trecut printr-o serie de tratamente tehnice extrem de stricte, sunt utilizate pentru transferul de oxigen lichid, azot lichid, argon lichid, hidrogen lichid, heliu lichid, LEG și GNL, iar aceste produse sunt deservite pentru echipamente criogenice (de exemplu, rezervoare criogenice, dewars și coldboxes etc.) în industriile de separare a aerului, gaze, aviație, electronică, supraconductori, cipuri, ansamblu de automatizare, alimentație și băuturi, farmacie, spital, biobancă, cauciuc, inginerie chimică pentru fabricarea de materiale noi, fier și oțel și cercetare științifică etc.

HL Cryogenic Equipment Company a devenit furnizorul/vânzătorul calificat pentru Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani și Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) etc.