Гелій — хімічний елемент із символом He та атомним номером 2. Це рідкісний атмосферний газ, безбарвний, несмачний, несмачний, нетоксичний, негорючий, лише слабо розчинний у воді. Концентрація гелію в атмосфері становить 5,24 x 10-4 об'ємних відсотків. Він має найнижчу температуру кипіння та плавлення з усіх елементів і існує лише у вигляді газу, за винятком надзвичайно холодних умов.

Гелій переважно транспортується як газоподібний або рідкий гелій і використовується в ядерних реакторах, напівпровідниках, лазерах, електричних лампах, надпровідності, приладобудуванні, напівпровідниках і волоконній оптиці, кріогенних, МРТ і науково-дослідних дослідженнях.

Низькотемпературне холодне джерело

Гелій використовується як кріогенний охолоджувач для кріогенних джерел охолодження, таких як магнітно-резонансна томографія (МРТ), спектроскопія ядерного магнітного резонансу (ЯМР), надпровідний квантовий прискорювач частинок, великий адронний колайдер, інтерферометр (SQUID), електронний спіновий резонанс (ESR) і надпровідні накопичувачі магнітної енергії (SMES), МГД-надпровідні генератори, надпровідні датчики, передача електроенергії, маглев транспорт, мас-спектрометр, надпровідний магніт, сепаратори сильного магнітного поля, кільцеві польові надпровідні магніти для термоядерних реакторів та інших кріогенних досліджень. Гелій охолоджує кріогенні надпровідні матеріали та магніти майже до абсолютного нуля, після чого опір надпровідника раптово падає до нуля. Дуже низький опір надпровідника створює більш потужне магнітне поле. У випадку обладнання для МРТ, яке використовується в лікарнях, сильніші магнітні поля створюють більше деталей на рентгенографічних зображеннях.

Гелій використовується як суперохолоджувач, тому що гелій має найнижчу температуру плавлення і кипіння, не твердне при атмосферному тиску і 0 К, а гелій хімічно інертний, тому його реакція з іншими речовинами практично неможлива. Крім того, гелій стає надплинним при температурі нижче 2,2 кельвіна. Досі унікальна надмобільність не використовувалася в жодному промисловому застосуванні. При температурах нижче 17 Кельвінів гелій як холодоагент у кріогенному джерелі не може бути заміною.

Повітроплавання та космонавтика

Гелій також використовується в повітряних кулях і дирижаблях. Оскільки гелій легший за повітря, дирижаблі та повітряні кулі наповнюють гелієм. Гелій має перевагу в тому, що він негорючий, хоча водень є більш плавучим і має нижчу швидкість виходу з мембрани. Ще одне вторинне застосування — у ракетній техніці, де гелій використовується як середовище для витіснення палива та окислювача в резервуарах для зберігання та конденсації водню та кисню для виробництва ракетного палива. Його також можна використовувати для видалення палива та окислювача з наземного допоміжного обладнання перед запуском, а також для попереднього охолодження рідкого водню в космічному кораблі. У ракеті Saturn V, яка використовувалася в програмі Apollo, для запуску було потрібно близько 370 000 кубічних метрів (13 мільйонів кубічних футів) гелію.

Виявлення витоку в трубопроводі та аналіз виявлення

Ще одне промислове застосування гелію – виявлення витоків. Виявлення витоків використовується для виявлення витоків у системах, що містять рідини та гази. Оскільки гелій дифундує крізь тверді тіла втричі швидше, ніж повітря, його використовують як індикаторний газ для виявлення витоків у високовакуумному обладнанні (наприклад, кріогенних резервуарах) і посудинах високого тиску. Об’єкт поміщають у камеру, яку потім вакуумують і заповнюють гелієм. Навіть при таких низьких рівнях витоку, як 10-9 мбар•л/с (10-10 Па•м3/с), гелій, що витікає через витік, може бути виявлений чутливим пристроєм (гелієвим мас-спектрометром). Процедура вимірювання зазвичай автоматизована і називається тестом інтеграції гелію. Інший, більш простий спосіб — заповнити відповідний об’єкт гелієм і вручну знайти витоки за допомогою портативного пристрою.

Гелій використовується для виявлення витоків, тому що це найменша молекула і одноатомна молекула, тому гелій легко витікає. Під час виявлення витоку об’єкт заповнюється газоподібним гелієм, і якщо витік станеться, гелієвий мас-спектрометр зможе виявити місце витоку. Гелій можна використовувати для виявлення витоків у ракетах, паливних баках, теплообмінниках, газопроводах, електроніці, ТЕЛЕВІЗІЙНИХ трубках та інших компонентах виробництва. Виявлення витоків за допомогою гелію вперше було використано під час Манхеттенського проекту для виявлення витоків на заводах зі збагачення урану. Гелій для виявлення витоків можна замінити воднем, азотом або сумішшю водню та азоту.

Зварювання та обробка металу

Газоподібний гелій використовується як захисний газ під час дугового зварювання та плазмового зварювання через його вищу потенціальну енергію іонізації, ніж у інших атомів. Газоподібний гелій навколо зварного шва запобігає окисленню металу в розплавленому стані. Висока потенціальна енергія іонізації гелію дозволяє проводити плазмове дугове зварювання різнорідних металів, які використовуються в будівництві, суднобудуванні та аерокосмічній промисловості, таких як титан, цирконій, магнієві та алюмінієві сплави. Хоча гелій у захисному газі можна замінити аргоном або воднем, деякі матеріали (наприклад, титановий гелій) не можна замінити для плазмового дугового зварювання. Тому що гелій — єдиний газ, безпечний при високих температурах.

Одним з найбільш активних напрямків розвитку є зварювання нержавіючої сталі. Гелій є інертним газом, що означає, що він не вступає в жодні хімічні реакції під впливом інших речовин. Ця характеристика особливо важлива для зварювальних захисних газів.

Гелій також добре проводить тепло. Ось чому він зазвичай використовується у зварювальних швах, де для покращення змочуваності зварювального шва необхідне більш високе підведення тепла. Гелій також корисний для перевищення швидкості.

Гелій зазвичай змішують з аргоном у різних кількостях у захисній газовій суміші, щоб повною мірою скористатися хорошими властивостями обох газів. Гелій, наприклад, діє як захисний газ, який допомагає забезпечити ширший і дрібніший види проникнення під час зварювання. Але гелій не забезпечує такого очищення, як аргон.

У результаті виробники металів часто розглядають змішування аргону з гелієм як частину свого робочого процесу. Для дугового зварювання металу в захисному газі гелій може складати від 25% до 75% газової суміші в суміші гелію/аргону. Регулюючи склад захисної газової суміші, зварювальник може впливати на розподіл тепла зварного шва, що в свою чергу впливає на форму поперечного перерізу металу шва і швидкість зварювання.

Промисловість електронних напівпровідників

Як інертний газ гелій настільки стабільний, що майже не реагує з іншими елементами. Ця властивість дозволяє використовувати його як екран при дуговому зварюванні (для запобігання забрудненню повітря киснем). Гелій також має інші важливі застосування, такі як виробництво напівпровідників і оптичних волокон. Крім того, він може замінити азот під час глибокого занурення, щоб запобігти утворенню бульбашок азоту в крові, таким чином запобігаючи хворобі під час підводного плавання.

Глобальний обсяг продажів гелію (2016-2027)

Глобальний ринок гелію сягнув 1825,37 мільйона доларів США у 2020 році та, як очікується, сягне 2742,04 мільйона доларів США у 2027 році, із сукупним річним темпом зростання (CAGR) 5,65% (2021-2027). У найближчі роки галузь має велику невизначеність. Прогнозні дані на 2021-2027 роки в цьому документі базуються на історичному розвитку останніх кількох років, думках експертів галузі та думках аналітиків у цьому документі.

Гелієва промисловість є висококонцентрованою, отримується з природних ресурсів і має обмежені глобальні виробники, головним чином у Сполучених Штатах, Росії, Катарі та Алжирі. У світі споживчий сектор зосереджений у США, Китаї, Європі тощо. Сполучені Штати мають довгу історію та непохитну позицію в галузі.

Багато компаній мають кілька заводів, але зазвичай вони не близькі до цільових споживчих ринків. Тому товар має високу вартість транспортування.

З перших п'яти років виробництво зростало дуже повільно. Гелій є невідновлюваним джерелом енергії, і в країнах-виробниках існує політика щодо забезпечення його постійного використання. Деякі прогнозують, що в майбутньому гелій закінчиться.

Галузь має високу частку імпорту та експорту. Майже всі країни використовують гелій, але лише деякі мають запаси гелію.

Гелій має широкий спектр використання і буде доступний у все більшій кількості сфер. Враховуючи дефіцит природних ресурсів, попит на гелій, ймовірно, зросте в майбутньому, вимагаючи відповідних альтернатив. Очікується, що ціни на гелій продовжуватимуть зростати з 2021 по 2026 роки з 13,53 доларів США за м3 (2020 рік) до 19,09 доларів США за м3 (2027 рік).

На галузь впливають економіка та політика. Оскільки світова економіка відновлюється, все більше людей стурбовані покращенням екологічних стандартів, особливо в слаборозвинених регіонах із великим населенням та швидким економічним зростанням, попит на гелій зростатиме.

В даний час серед основних світових виробників є Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) і Газпром (Ru) та ін. У 2020 році частка продажів топ-6 виробників перевищить 74%. Очікується, що в найближчі кілька років конкуренція в галузі стане більш інтенсивною.

Кріогенне обладнання HL

Через дефіцит ресурсів рідкого гелію та зростання ціни важливо зменшити втрати та відновлення рідкого гелію в процесі його використання та транспортування.

HL Cryogenic Equipment, яка була заснована в 1992 році, є брендом, афілійованим з HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment займається розробкою та виробництвом кріогенної системи трубопроводів із високою вакуумною ізоляцією та відповідного допоміжного обладнання для задоволення різноманітних потреб клієнтів. Труба з вакуумною ізоляцією та гнучкий шланг виготовлені з високого вакууму та багатошарових багатоекранних спеціальних ізоляційних матеріалів і проходять серію надзвичайно суворих технічних обробок та високовакуумну обробку, яка використовується для передачі рідкого кисню, рідкого азоту рідкий аргон, рідкий водень, рідкий гелій, скраплений газ етилен LEG і скраплений природний газ LNG.

Серія продуктів з вакуумною сорочкою, шланг з вакуумною сорочкою, клапан з вакуумною сорочкою та фазовий сепаратор компанії HL Cryogenic Equipment Company, які пройшли серію надзвичайно суворих технічних обробок, використовуються для передачі рідкого кисню, рідкого азоту, рідкого аргону, рідкий водень, рідкий гелій, LEG та LNG, і ці продукти обслуговуються для кріогенного обладнання (наприклад, кріогенних резервуарів, сосудів Дьюара та холодних боксів тощо) у промисловості розділення повітря, газів, авіації, електроніки, надпровідників, чіпів, збірки автоматизації, харчової та напої, фармація, лікарня, біобанк, гума, виробництво нових матеріалів, хімічна інженерія, залізо та сталь, наукові дослідження тощо.

Компанія HL Cryogenic Equipment Company стала кваліфікованим постачальником/постачальником Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani та Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) тощо.