Helium on kemiallinen alkuaine, jonka symboli on He ja atominumero 2. Se on harvinainen ilmakehän kaasu, väritön, mauton, mauton, myrkytön, syttymätön, vain vähän veteen liukeneva. Heliumpitoisuus ilmakehässä on 5,24 x 10-4 tilavuusprosenttia. Sillä on alhaisimmat kiehumis- ja sulamispisteet kaikista alkuaineista, ja se on olemassa vain kaasuna, paitsi erittäin kylmissä olosuhteissa.

Helium kuljetetaan pääasiassa kaasumaisena tai nestemäisenä heliumina, ja sitä käytetään ydinreaktoreissa, puolijohteissa, lasereissa, hehkulampuissa, suprajohtavuudessa, instrumentoinnissa, puolijohteissa ja kuituoptiikassa, kryogeenisessä, MRI- ja T&K-laboratoriotutkimuksessa.

Matalan lämpötilan kylmälähde

Heliumia käytetään kryogeenisenä jäähdytysaineena kryogeenisissa jäähdytyslähteissä, kuten magneettikuvauksessa (MRI), ydinmagneettiresonanssispektroskopiassa (NMR), suprajohtavassa kvanttihiukkaskiihdyttimessä, suuressa hadronitörmäyttimessä, interferometrissä (SQUID), elektronispin resonanssissa (ESR) ja suprajohtavat magneettisen energian varastoinnit (SMES), MHD-suprajohtavat generaattorit, suprajohtavat anturit, voimansiirto, maglev-kuljetus, massaspektrometri, suprajohtava magneetti, vahvan magneettikentän erottimet, rengasmaisen kentän suprajohtavat magneetit fuusioreaktoreihin ja muuhun kryogeeniseen tutkimukseen. Helium jäähdyttää kryogeeniset suprajohtavat materiaalit ja magneetit lähelle absoluuttista nollaa, jolloin suprajohteen resistanssi putoaa yhtäkkiä nollaan. Suprajohteen erittäin pieni resistanssi luo tehokkaamman magneettikentän. Sairaaloissa käytettävien MRI-laitteiden 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:ssa ja helium on kemiallisesti inerttiä, minkä vuoksi on lähes mahdotonta reagoida muiden aineiden kanssa. Lisäksi heliumista tulee supernestettä alle 2,2 kelvinissä. Toistaiseksi ainutlaatuista ultraliikkuvuutta ei ole hyödynnetty missään teollisessa sovelluksessa. Alle 17 Kelvinin lämpötiloissa ei voi korvata heliumia kylmäaineena kryogeenisessä lähteessä.

Ilmailu ja astronautiikka

Heliumia käytetään myös ilmapalloissa ja ilmalaivoissa. Koska helium on ilmaa kevyempää, ilmalaivat ja ilmapallot täytetään heliumilla. Heliumin etuna on se, että se on syttymätön, vaikka vety on kelluvampaa ja sen poistumisnopeus kalvosta on pienempi. Toinen toissijainen käyttö on rakettiteknologiassa, jossa heliumia käytetään häviönväliaineena syrjäyttämään polttoainetta ja hapetinta varastosäiliöissä sekä kondensoimaan vetyä ja happea rakettipolttoaineen valmistamiseksi. Sitä voitaisiin käyttää myös polttoaineen ja hapettimen poistamiseen maatukilaitteistosta ennen laukaisua, ja se voisi esijäähdyttää nestemäistä vetyä avaruusaluksessa. Apollo-ohjelmassa käytetyn Saturn V -raketin laukaisuun tarvittiin noin 370 000 kuutiometriä (13 miljoonaa kuutiojalkaa) heliumia.

Putkilinjan vuodon havaitseminen ja havaitsemisen analyysi

Toinen heliumin teollinen käyttötarkoitus on vuotojen havaitseminen. Vuodonilmaisua käytetään havaitsemaan vuotoja nesteitä ja kaasuja sisältävistä järjestelmistä. Koska helium diffundoituu kiinteiden aineiden läpi kolme kertaa nopeammin kuin ilma, sitä käytetään merkkikaasuna havaitsemaan vuotoja korkeapainelaitteissa (kuten kryogeenisissa säiliöissä) ja korkeapainesäiliöissä. Esine asetetaan kammioon, joka sitten evakuoidaan ja täytetään heliumilla. Jopa niinkin alhaisilla vuotonopeuksilla kuin 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), vuodon kautta karkaava helium voidaan havaita herkällä laitteella (heliummassaspektrometri). Mittausprosessi on yleensä automatisoitu ja sitä kutsutaan heliumin integraatiotestiksi. Toinen, yksinkertaisempi tapa on täyttää kyseinen kohde heliumilla ja etsiä vuotoja manuaalisesti kädessä pidettävällä laitteella.

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

Hitsaus ja metallityöt

Heliumkaasua käytetään suojakaasuna kaarihitsauksessa ja plasmakaarihitsauksessa, koska sillä on korkeampi ionisaatiopotentiaalienergia kuin muilla atomeilla. Heliumkaasu hitsin ympärillä estää metallia hapettumasta sulassa tilassa. Heliumin korkea ionisaatiopotentiaalienergia mahdollistaa rakentamisessa, laivanrakennuksessa ja ilmailuteollisuudessa käytettyjen erilaisten metallien, kuten titaanin, zirkoniumin, magnesiumin ja alumiiniseosten, plasmakaarihitsauksen. Vaikka suojakaasussa oleva helium voidaan korvata argonilla tai vedyllä, joitain materiaaleja (kuten titaaniheliumia) ei voida korvata plasmakaarihitsauksessa. Koska helium on ainoa kaasu, joka on turvallinen korkeissa lämpötiloissa.

Yksi aktiivisimmista kehityskohteista 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. Tästä syystä sitä käytetään yleisesti hitsauksissa, joissa tarvitaan suurempaa lämmöntuottoa hitsin kostuvuuden parantamiseksi. Helium on hyödyllinen myös ylinopeudessa.

Suojakaasuseoksessa heliumia sekoitetaan tavallisesti vaihtelevissa määrin argonin kanssa molempien kaasujen hyvien ominaisuuksien täysimääräiseksi hyödyntämiseksi. Esimerkiksi helium toimii suojakaasuna, joka auttaa tarjoamaan laajemmat ja matalammat tunkeutumistavat hitsauksen aikana. Mutta helium ei puhdista argonia.

Tämän seurauksena metallinvalmistajat harkitsevat usein argonin sekoittamista heliumiin osana työprosessiaan. Kaasusuojatussa metallikaarihitsauksessa helium voi sisältää 25-75 % helium/argon-seoksen kaasuseoksesta. Suojakaasuseoksen koostumusta säätämällä hitsaaja voi vaikuttaa hitsin lämmön jakautumiseen, mikä puolestaan ​​vaikuttaa hitsimetallin 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 (estääkseen ilman hapen kontaminoitumisen). Heliumilla on myös muita kriittisiä sovelluksia, kuten puolijohteiden ja optisten kuitujen valmistus. Lisäksi se voi korvata typpeä syväsukelluksessa estääkseen typpikuplien muodostumisen verenkiertoon, mikä estää sukellussairautta.

Maailmanlaajuinen heliumin myyntimäärä (2016–2027)

Globaalit heliummarkkinat saavuttivat 1825,37 miljoonaa dollaria vuonna 2020, ja sen odotetaan nousevan 2742,04 miljoonaan dollariin vuonna 2027, ja vuotuinen kasvuvauhti (CAGR) on 5,65 % (2021-2027). Toimialalla on tulevina vuosina suurta epävarmuutta. Tässä artikkelissa ennustetiedot vuosille 2021-2027 perustuvat viime vuosien historialliseen kehitykseen, alan asiantuntijoiden ja analyytikoiden mielipiteisiin tässä lehdessä.

Heliumteollisuus on erittäin keskittynyttä, hankittu luonnonvaroista, ja sillä on rajoitettu määrä maailmanlaajuisia valmistajia, pääasiassa Yhdysvalloissa, Venäjällä, Qatarissa ja Algeriassa. Maailmassa kuluttajasektori on keskittynyt Yhdysvaltoihin, Kiinaan ja Eurooppaan ja niin edelleen. 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.

Ensimmäisestä viidestä vuodesta lähtien tuotanto on kasvanut hyvin hitaasti. Helium on uusiutumaton energialähde, ja tuotantomaissa on käytössä politiikkaa sen jatkuvan käytön varmistamiseksi. Jotkut ennustavat, että helium loppuu tulevaisuudessa.

Toimialalla on suuri osuus tuonnista ja viennistä. Melkein kaikki maat käyttävät heliumia, mutta vain muutamalla on heliumvarantoja.

Heliumilla on laaja valikoima käyttötarkoituksia, ja sitä on saatavilla yhä useammalla alalla. Luonnonvarojen niukkuuden vuoksi heliumin kysyntä todennäköisesti kasvaa tulevaisuudessa, mikä edellyttää sopivia vaihtoehtoja. Heliumin hintojen odotetaan jatkavan nousuaan vuodesta 2021 vuoteen 2026, 13,53 dollarista / m3 (2020) 19,09 dollariin / m3 (2027).

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

Tällä hetkellä suuria globaaleja valmistajia ovat Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) ja Gazprom (Ru) jne. Vuonna 2020 kuuden suurimman valmistajan myyntiosuus ylittää 74 %. Alan kilpailun odotetaan kiristyvän lähivuosina.

HL:n kryogeeniset laitteet

Nestemäisten heliumin resurssien niukkuuden ja hinnannousun vuoksi on tärkeää vähentää nestemäisen heliumin hävikkiä ja talteenottoa sen käyttö- ja kuljetusprosessissa.

HL Cryogenic Equipment, joka perustettiin vuonna 1992, on HL Cryogenic Equipment Companyn Cryogenic Equipment Co., Ltd:hen sidoksissa oleva tuotemerkki. HL Cryogenic Equipment on sitoutunut suunnittelemaan ja valmistamaan korkeatyhjiöeristettyjä kryogeenisiä putkistojärjestelmiä ja siihen liittyviä tukilaitteita vastaamaan asiakkaiden erilaisiin tarpeisiin. Tyhjiöeristetty putki ja taipuisa letku on valmistettu suurtyhjiöstä ja monikerroksisesta monisuojuksesta erikoiseristetyistä materiaaleista, ja ne läpäisevät sarjan erittäin tiukkoja teknisiä käsittelyjä ja suurtyhjiökäsittelyä, jota käytetään nestemäisen hapen, nestemäisen typen siirtoon. , nestemäinen argon, nestemäinen vety, nestemäinen helium, nesteytetty eteenikaasu LEG ja nesteytetty luonnonkaasu LNG.

HL Cryogenic Equipment Companyn tuotesarjoja tyhjiövaipallinen putki, tyhjiövaipallinen letku, tyhjiövaipallinen venttiili ja vaiheerotin, jotka ovat käyneet läpi sarjan erittäin tiukkoja teknisiä käsittelyjä, käytetään nestemäisen hapen, nestetypen, nestemäisen argonin, nestemäinen vety, nestemäinen helium, LEG ja LNG, ja näitä tuotteita huolletaan kryogeenisille laitteille (esim. kryogeeniset säiliöt, dewarit ja kylmälaatikot jne.) ilmanerotus-, kaasu-, ilmailu-, elektroniikka-, suprajohteiden, sirujen, automaatiokokoonpanon, elintarvike- ja juoma, apteekki, sairaala, biopankki, kumi, uusien materiaalien valmistus kemiantekniikka, rauta ja teräs sekä tieteellinen tutkimus jne.

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