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

Heliul este transportat în principal sub formă gazoasă sau lichidă și este utilizat în reactoare nucleare, semiconductori, lasere, becuri, supraconductivitate, instrumentație, semiconductori și fibre optice, criogenie, RMN și cercetare de laborator.

Sursa de frig la temperatură scăzută

Heliul este utilizat ca agent de răcire criogenic pentru surse de răcire criogenică, cum ar fi imagistica prin rezonanță magnetică (IRM), spectroscopia prin rezonanță magnetică nucleară (RMN), acceleratorul cuantic de particule supraconductoare, acceleratorul mare de hadroni, interferometrul (SQUID), rezonanța de spin electronic (ESR) și stocarea energiei magnetice supraconductoare (SMES), generatoarele supraconductoare MHD, senzorii supraconductori, transmisia de putere, transportul maglev, spectrometrul de masă, magneții supraconductori, separatoarele de câmp magnetic puternic, magneții supraconductori cu câmp inelar pentru reactoarele de fuziune și alte cercetări criogenice. Heliul răcește materialele și magneții supraconductori criogenici 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 IRM utilizate în spitale, câmpurile magnetice mai puternice produc mai multe detalii în imaginile radiografice.

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

Aeronautică și Astronautică

Heliul este utilizat și în baloane și dirijabile. Deoarece heliul este mai ușor decât aerul, dirijabilele și baloanele sunt umplute cu heliu. Heliul are avantajul de a fi neinflamabil, deși hidrogenul este mai flotabil și are o rată de evadare mai mică din membrană. O altă utilizare secundară este în tehnologia rachetelor, unde heliul este utilizat ca mediu de pierdere pentru a înlocui combustibilul și oxidantul din rezervoarele de stocare și pentru a condensa hidrogenul și oxigenul pentru a produce combustibil pentru rachete. Ar putea fi folosit și pentru a îndepărta combustibilul și oxidantul din echipamentele de asistență la sol înainte de lansare și ar putea pre-răci hidrogenul lichid în nava spațială. În racheta Saturn V utilizată în programul Apollo, au fost necesari aproximativ 370.000 de metri cubi (13 milioane de picioare cubice) de heliu pentru lansare.

Detectarea și analiza 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 utilizat 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 umplerea obiectului în cauză cu heliu și căutarea manuală a scurgerilor folosind un dispozitiv portabil.

Heliul este utilizat pentru detectarea scurgerilor deoarece este cea mai mică moleculă și este o moleculă monoatomică, deci heliul se scurge ușor. Gazul de heliu este introdus în obiect în timpul detectării scurgerilor, iar dacă apare o scurgere, spectrometrul de masă cu heliu va putea detecta locația scurgerii. Heliul poate fi utilizat 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 utilizată pentru prima dată în timpul proiectului Manhattan pentru a detecta scurgeri la instalațiile de îmbogățire a uraniului. Heliul pentru detectarea scurgerilor poate fi înlocuit cu hidrogen, azot sau un amestec de hidrogen și azot.

Sudură 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. Gazul heliu 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 industria aerospațială, cum ar fi titanul, zirconiul, magneziul și aliajele de aluminiu. Deși heliul din gazul de protecție poate fi înlocuit cu argon sau hidrogen, unele materiale (cum ar fi titanul și heliul) nu pot fi înlocuite pentru sudarea cu arc cu plasmă. Deoarece heliul este singurul gaz care este sigur la temperaturi ridicate.

Unul 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 în cazul gazelor de protecție pentru sudură.

Heliul conduce bine căldura. De aceea este utilizat în mod obișnuit în suduri unde este necesar un aport de căldură mai mare pentru a îmbunătăți umectabilitatea sudurii. Heliul este util și pentru creșterea vitezei.

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

Prin urmare, producătorii de metale iau adesea în considerare amestecarea argonului cu heliu ca parte a procesului lor de lucru. Pentru sudarea cu arc metalic în mediu de protecție gazoasă, heliul poate reprezenta între 25% și 75% din amestecul de gaze din amestecul heliu/argon. Prin ajustarea compoziției amestecului de gaz protector, sudorul poate influența distribuția căldurii sudurii, ceea ce, la rândul său, afectează forma secțiunii transversale a metalului de sudură și viteza de sudare.

Industria semiconductorilor electronici

Fiind un gaz inert, heliul este atât de stabil încât reacționează cu greu cu alte elemente. Această proprietate îl face utilizat ca ecran protector 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 scufundările de mare adâncime pentru a preveni formarea bulelor de azot în fluxul sanguin, prevenind astfel răul de scufundări.

Volumul vânzărilor globale de heliu (2016-2027)

Piața globală a heliului a ajuns la 1.825,37 milioane de dolari americani în 2020 și se așteaptă să ajungă la 2.742,04 milioane de dolari americani în 2027, cu o rată anuală compusă de creștere (CAGR) de 5,65% (2021-2027). Industria se confruntă cu o mare incertitudine în următorii ani. Datele prognozate pentru perioada 2021-2027 din această lucrare se bazează pe dezvoltarea istorică a ultimilor ani, pe opiniile experților din industrie și pe opiniile analiștilor din această lucrare.

Industria heliului este extrem de concentrată, provine din resurse naturale și are un număr limitat de producători la nivel global, în principal în Statele Unite, Rusia, Qatar și Algeria. La nivel mondial, sectorul de consum este concentrat în Statele Unite, China, Europa și așa mai departe. Statele Unite au o istorie lungă și o poziție de nezdruncinat în industrie.

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

Încă din primii cinci ani, producția a crescut foarte lent. Heliul este o sursă de energie neregenerabilă, iar în țările producătoare există politici care să asigure utilizarea sa continuă. 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. Se așteaptă ca prețurile heliului să continue să crească din 2021 până în 2026, de la 13,53 USD / m3 (2020) la 19,09 USD / m3 (2027).

Industria este afectată de factori economici și politici publice. Pe măsură ce economia globală își revine, tot mai mulți oameni sunt preocupați de îmbunătățirea standardelor de mediu, în special în regiunile subdezvoltate cu populații numeroase și creștere economică rapidă, cererea de heliu va crește.

În prezent, printre principalii producători globali se numără Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) și Gazprom (Ru) etc. În 2020, cota de vânzări a primilor 6 producători va depăși 74%. Se așteaptă ca această concurență din industrie să devină mai intensă în următorii ani.

Echipamente criogenice HL

Din cauza lipsei resurselor de heliu lichid și a creșterii prețului, este important să se reducă pierderile și recuperarea heliului lichid în procesul de utilizare și transport al acestuia.

HL Cryogenic Equipment, fondată în 1992, este o marcă afiliată companiei HL Cryogenic Equipment Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment se dedică proiectării și fabricării de sisteme de conducte criogenice izolate în vid înalt și echipamentelor de asistență aferente, pentru a satisface diversele nevoi ale clienților. Conducta și furtunul flexibil izolate în vid sunt construite din materiale izolate speciale multistrat și multi-screen, pentru vid înalt și trec printr-o serie de tratamente tehnice extrem de stricte și tratament în vid înalt, fiind utilizate pentru transferul de oxigen lichid, azot lichid, argon lichid, hidrogen lichid, heliu lichid, etilenă gazoasă lichefiată LEG și gaz natural lichefiat LNG.

Seria de produse Țevi cu Manta în Vid, Furtunuri cu Manta în Vid, Valve cu Manta în Vid și Separatoare de Faze ale companiei HL Cryogenic Equipment, care au 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 utilizate pentru echipamente criogenice (de exemplu, rezervoare criogenice, recipiente Dewar și cutii frigorifice etc.) în industriile de separare a aerului, gaze, aviație, electronică, supraconductori, cipuri, asamblare automată, alimente și băuturi, farmacie, spitale, biobănci, cauciuc, inginerie chimică pentru fabricarea de materiale noi, fier și oțel și cercetare științifică etc.

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