Helium on alkuaine, jonka kemiallinen symboli on He ja järjestysluku 2. Se on harvinainen ilmakehän kaasu, väritön, mauton, myrkytön, palamaton ja vain hieman veteen liukeneva. Heliumin pitoisuus ilmakehässä on 5,24 x 10-4 tilavuusprosenttia. Sillä on kaikista alkuaineista alhaisimmat kiehumis- ja sulamispisteet, ja se esiintyy vain kaasuna, paitsi erittäin kylmissä olosuhteissa.

Heliumia kuljetetaan pääasiassa kaasumaisena tai nestemäisenä heliumina, ja sitä käytetään ydinreaktoreissa, puolijohteissa, lasereissa, hehkulampuissa, suprajohtavuudessa, instrumentoinnissa, puolijohteissa ja kuituoptiikassa, kryogeenisessä tutkimuksessa, magneettikuvauksessa sekä tutkimus- ja kehityslaboratorioissa.

Matalan lämpötilan kylmälähde

Heliumia käytetään kryogeenisenä jäähdytysaineena kryogeenisissä jäähdytyslähteissä, kuten magneettikuvauksessa (MRI), ydinmagneettisessa resonanssissa (NMR), suprajohtavassa kvanttihiukkaskiihdyttimessä, suuressa hadronikiihdyttimessä, interferometrissä (SQUID), elektronispinresonanssissa (ESR) ja suprajohtavassa magneettienergian varastoinnissa (SMES), MHD-suprajohtavissa generaattoreissa, suprajohtavissa antureissa, voimansiirrossa, maglev-kuljetuksessa, massaspektrometrissä, suprajohtavassa magneetissa, voimakkaan magneettikentän erottimissa, rengasmaisissa suprajohtavissa magneeteissa fuusioreaktoreissa ja muussa kryogeenisessä tutkimuksessa. Helium jäähdyttää kryogeenisiä suprajohtavia materiaaleja ja magneetteja lähelle absoluuttista nollapistettä, jolloin suprajohteen resistanssi laskee äkillisesti nollaan. Suprajohteen erittäin alhainen resistanssi luo voimakkaamman magneettikentän. Sairaaloissa käytettävien magneettikuvauslaitteiden tapauksessa voimakkaammat magneettikentät tuottavat enemmän yksityiskohtia röntgenkuvissa.

Heliumia käytetään superjäähdytysaineena, koska heliumilla on alhaisimmat sulamis- ja kiehumispisteet, se ei jähmety ilmakehän paineessa ja 0 K:n lämpötilassa, ja helium on kemiallisesti inerttiä, minkä vuoksi sen on lähes mahdotonta reagoida muiden aineiden kanssa. Lisäksi helium muuttuu supranesteeksi alle 2,2 kelvinin lämpötilassa. Tähän mennessä ainutlaatuista ultraliikkuvuutta ei ole hyödynnetty missään teollisessa sovelluksessa. Alle 17 kelvinin lämpötiloissa heliumille ei ole korvaavaa kylmäainetta kryogeenisessä lähteessä.

Ilmailu ja avaruustiede

Heliumia käytetään myös ilmapalloissa ja ilmalaivoissa. Koska helium on ilmaa kevyempää, ilmalaivat ja ilmapallot täytetään heliumilla. Heliumin etuna on, että se ei ole syttyvää, vaikka vety onkin kelluvampaa ja sen vuoto kalvosta on hitaampaa. Toinen toissijainen käyttökohde on rakettitekniikka, jossa heliumia käytetään hävikkiväliaineena polttoaineen ja hapettimen syrjäyttämiseen varastosäiliöissä sekä vedyn ja hapen tiivistämiseen rakettipolttoaineen valmistamiseksi. Sitä voitaisiin käyttää myös polttoaineen ja hapettimen poistamiseen maassa olevista laitteista ennen laukaisua, ja sillä voitaisiin esijäähdyttää nestemäistä vetyä avaruusaluksessa. Apollo-ohjelmassa käytetyssä Saturn V -raketissa laukaisuun tarvittiin noin 370 000 kuutiometriä (13 miljoonaa kuutiojalkaa) heliumia.

Putkilinjan vuotojen havaitseminen ja havaitsemisanalyysi

Toinen heliumin teollinen käyttökohde on vuotojen havaitseminen. Vuotojen havaitsemista käytetään nesteitä ja kaasuja sisältävien järjestelmien vuotojen havaitsemiseen. Koska helium diffundoituu kiinteiden aineiden läpi kolme kertaa nopeammin kuin ilma, sitä käytetään merkkikaasuna vuotojen havaitsemiseen korkeatyhjiölaitteissa (kuten kryogeenisissä säiliöissä) ja korkeapaineastioissa. Kappale asetetaan kammioon, joka sitten tyhjennetään ja täytetään heliumilla. Jopa niinkin alhaisilla vuodonopeuksilla kuin 10⁻⁹ mbar•L/s (10⁻⁹ Pa•m³/s), vuodon läpi karkaava helium voidaan havaita herkällä laitteella (heliummassaspektrometrillä). Mittausmenetelmä on yleensä automatisoitu ja sitä kutsutaan heliumin integrointitestiksi. Toinen, yksinkertaisempi menetelmä on täyttää kyseinen kappale heliumilla ja etsiä vuotoja manuaalisesti kädessä pidettävällä laitteella.

Heliumia käytetään vuotojen havaitsemiseen, koska se on pienin molekyyli ja yksiatominen, joten helium vuotaa helposti. Heliumkaasua täytetään esineeseen vuodonetsinnän aikana, ja jos vuoto tapahtuu, heliummassaspektrometri pystyy havaitsemaan vuodon sijainnin. Heliumia voidaan käyttää vuotojen havaitsemiseen raketeissa, polttoainesäiliöissä, lämmönvaihtimissa, kaasuputkissa, elektroniikassa, televisioputkissa ja muissa valmistuskomponenteissa. Vuotojen havaitsemista heliumilla käytettiin ensimmäisen kerran Manhattan-projektin aikana uraanin rikastuslaitosten vuotojen havaitsemiseksi. Vuotojen havaitsemisessa helium voidaan korvata vedyllä, typellä tai vedyn ja typen seoksella.

Hitsaus ja metallintyöstö

Heliumkaasua käytetään suojakaasuna kaari- ja plasmahitsauksessa, koska sen ionisaatiopotentiaalienergia on korkeampi kuin muilla atomeilla. Hitsausaineen ympärillä oleva heliumkaasu estää metallin hapettumisen sulassa tilassa. Heliumin korkea ionisaatiopotentiaalienergia mahdollistaa plasmahitsauksen erilaisille metalleille, joita käytetään rakentamisessa, laivanrakennuksessa ja ilmailuteollisuudessa, kuten titaanille, zirkoniumille, magnesiumille ja alumiiniseoksille. Vaikka suojakaasun helium voidaan korvata argonilla tai vedyllä, joitakin materiaaleja (kuten titaaniheliumia) ei voida korvata plasmahitsauksessa. Koska helium on ainoa kaasu, joka on turvallinen korkeissa lämpötiloissa.

Yksi aktiivisimmista kehitysalueista on ruostumattoman teräksen hitsaus. Helium on inertti kaasu, mikä tarkoittaa, että se ei käy läpi kemiallisia reaktioita altistuessaan muille aineille. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä hitsaussuojakaasuissa.

Helium johtaa myös lämpöä hyvin. Siksi sitä käytetään yleisesti hitsauksissa, joissa tarvitaan suurempaa lämmöntuontia hitsin kostuvuuden parantamiseksi. Heliumia käytetään myös hitsausnopeuden parantamiseen.

Heliumia sekoitetaan yleensä argoniin vaihtelevina määrinä suojakaasuseokseen, jotta molempien kaasujen hyvät ominaisuudet saadaan täysin hyödynnettyä. Esimerkiksi helium toimii suojakaasuna, joka auttaa saavuttamaan laajemman ja matalamman tunkeutumiskulman hitsauksen aikana. Helium ei kuitenkaan tarjoa samanlaista puhdistusta kuin argon.

Tämän seurauksena metallinvalmistajat harkitsevat usein argonin ja heliumin sekoittamista osana työprosessiaan. Kaasusuojatussa metallikaarihitsauksessa heliumia voi olla 25–75 % helium/argon-seoksen kaasuseoksesta. Säätämällä suojakaasuseoksen koostumusta hitsaaja voi vaikuttaa hitsin lämmönjakoon, mikä puolestaan ​​vaikuttaa hitsausmetallin poikkileikkauksen muotoon ja hitsausnopeuteen.

Elektroninen puolijohdeteollisuus

Inerttinä kaasuna helium on niin stabiili, että se tuskin reagoi muiden alkuaineiden kanssa. Tämän ominaisuuden ansiosta sitä käytetään suojana kaarihitsauksessa (hapen kontaminaation estämiseksi ilmassa). Heliumilla on myös muita kriittisiä sovelluksia, kuten puolijohteiden ja optisten kuitujen valmistuksessa. Lisäksi se voi korvata typen syväsukelluksessa estäen typpikuplien muodostumisen verenkiertoon ja siten ehkäisten sukelluspahoinvointia.

Heliumin maailmanlaajuinen myyntimäärä (2016–2027)

Maailmanlaajuiset heliummarkkinat olivat 1 825,37 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria vuonna 2020, ja niiden odotetaan saavuttavan 2 742,04 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria vuonna 2027. Yhdistetty vuotuinen kasvuvauhti (CAGR) on 5,65 % (2021–2027). Alan tulevaisuus on erittäin epävarma. Tässä artikkelissa esitetyt ennustetiedot vuosille 2021–2027 perustuvat viime vuosien historialliseen kehitykseen, alan asiantuntijoiden mielipiteisiin ja analyytikoiden mielipiteisiin.

Heliumteollisuus on erittäin keskittynyt, se on peräisin luonnonvaroista, ja sillä on rajallinen määrä maailmanlaajuisia valmistajia, pääasiassa Yhdysvalloissa, Venäjällä, Qatarissa ja Algeriassa. Maailmanlaajuisesti kuluttajasektori on keskittynyt Yhdysvaltoihin, Kiinaan ja Eurooppaan jne. Yhdysvalloilla on pitkä historia ja horjumaton asema alalla.

Monilla yrityksillä on useita tehtaita, mutta ne eivät yleensä ole lähellä kohdemarkkinoitaan. Siksi tuotteella on korkeat kuljetuskustannukset.

Ensimmäisten viiden vuoden jälkeen tuotanto on kasvanut hyvin hitaasti. Helium on uusiutumaton energialähde, ja tuottajamaissa on käytössä käytäntöjä sen jatkuvan käytön varmistamiseksi. Jotkut ennustavat, että helium loppuu tulevaisuudessa.

Teollisuuden tuonnin ja viennin osuus on suuri. Lähes kaikki maat käyttävät heliumia, mutta vain harvoilla on heliumvarantoja.

Heliumilla on laaja käyttöalue, ja sitä tulee olemaan saatavilla yhä useammilla aloilla. Luonnonvarojen niukkuuden vuoksi heliumin kysyntä todennäköisesti kasvaa tulevaisuudessa, mikä vaatii sopivia vaihtoehtoja. Heliumin hinnan odotetaan nousevan edelleen vuosina 2021–2026, 13,53 dollarista/m3 (2020) 19,09 dollariin/m3 (2027).

Talous ja politiikka vaikuttavat teollisuuteen. Maailmantalouden elpyessä yhä useammat ihmiset ovat huolissaan ympäristönormien parantamisesta, erityisesti alikehittyneillä alueilla, joilla on suuri väestö ja nopea talouskasvu, heliumin kysyntä kasvaa.

Tällä hetkellä merkittäviin maailmanlaajuisiin valmistajiin kuuluvat Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) ja Gazprom (Ru) jne. Vuonna 2020 kuuden suurimman valmistajan myyntiosuus ylittää 74 %. Kilpailun alalla odotetaan kiristyvän seuraavien vuosien aikana.

HL Kryogeeniset laitteet

Nestemäisen heliumin resurssien niukkuuden ja hinnan nousemisen vuoksi on tärkeää vähentää nestemäisen heliumin hävikkiä ja talteenottoa sen käytössä ja kuljetuksessa.

Vuonna 1992 perustettu HL Cryogenic Equipment on HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd.:n sidosryhmä. HL Cryogenic Equipment on sitoutunut suunnittelemaan ja valmistamaan korkeavakuumieristettyjä kryogeenisiä putkistoja ja niihin liittyviä tukilaitteita asiakkaiden erilaisten tarpeiden täyttämiseksi. Tyhjiöeristetyt putket ja joustavat letkut on valmistettu korkeavakuumi- ja monikerroksisista moniseulaeristetyistä materiaaleista, ja ne käyvät läpi useita erittäin tiukkoja teknisiä käsittelyjä ja korkeavakuumikäsittelyä, joita käytetään nestemäisen hapen, nestemäisen typen, nestemäisen argonin, nestemäisen vedyn, nestemäisen heliumin, nesteytetyn etyleenikaasun (LEG) ja nesteytetyn maakaasun (LNG) siirtämiseen.

HL Cryogenic Equipment Companyn tyhjiövaippaputkien, tyhjiöletkujen, tyhjiöventtiilien ja faasierottimien tuotesarja, joka on käynyt läpi sarjan erittäin tiukkoja teknisiä käsittelyjä, on tarkoitettu nestemäisen hapen, nestemäisen typen, nestemäisen argonin, nestemäisen vedyn, nestemäisen heliumin, LEG:n ja LNG:n siirtoon. Näitä tuotteita huolletaan kryogeenisissä laitteissa (esim. kryogeeniset säiliöt, dewar-säiliöt ja kylmälaatikot jne.) ilmanerotus-, kaasu-, ilmailu-, elektroniikka-, suprajohde-, siru-, automaatiokokoonpano-, elintarvike- ja juoma-, apteekki-, sairaala-, biopankki-, kumi-, uusien materiaalien valmistus-, kemiantekniikan, rauta- ja terästeollisuuden sekä tieteellisen tutkimuksen jne. aloilla.

HL Cryogenic Equipment Company on Linden, Air Liquiden, Air Productsin (AP), Praxairin, Messerin, BOC:n, Iwatanin ja Hangzhou Oxygen Plant Groupin (Hangyang) jne. hyväksytty toimittaja/myyjä.