Гелій — хімічний елемент із символом He та атомним номером 2. Це рідкісний атмосферний газ, безбарвний, без смаку, нетоксичний, негорючий, лише мало розчинний у воді. Концентрація гелію в атмосфері становить 5,24 x 10-4 за об'ємним відсотком. Він має найнижчі температури кипіння та плавлення серед усіх елементів та існує лише у вигляді газу, за винятком надзвичайно холодних умов.

Гелій транспортується переважно у газоподібному або рідкому вигляді та використовується в ядерних реакторах, напівпровідниках, лазерах, лампочках, надпровідності, приладобудуванні, напівпровідниках та волоконній оптиці, кріогенних дослідженнях, МРТ та науково-дослідних лабораторіях.

Низькотемпературне джерело холоду

Гелій використовується як кріогенний охолоджувач для кріогенних джерел охолодження, таких як магнітно-резонансна томографія (МРТ), спектроскопія ядерного магнітного резонансу (ЯМР), прискорювач надпровідних квантових частинок, великий адронний колайдер, інтерферометр (SQUID), електронний спіновий резонанс (ESR) та надпровідний магнітний накопичувач енергії (SMES), МГД-генератори надпровідності, надпровідний датчик, передача енергії, транспортування на магнітній підвісці, мас-спектрометр, надпровідний магніт, сепаратори сильного магнітного поля, кільцеполісні 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 потужніше магнітне поле. У випадку обладнання МРТ, що використовується в лікарнях, сильніші магнітні поля забезпечують більше деталей на рентгенівських зображеннях.

Гелій використовується як суперхолодильник, оскільки гелій має найнижчі температури плавлення та кипіння, не твердне при атмосферному тиску та 0 К, а також є хімічно інертним, що робить практично неможливим його реакцію з іншими речовинами. Крім того, гелій стає надплинним нижче 2,2 Кельвіна. Досі унікальна ультрамобільність не використовувалася в жодному промисловому застосуванні. При температурах нижче 17 Кельвінів немає заміни гелію як холодоагенту в кріогенному джерелі.

Аеронавтика та космонавтика

Гелій також використовується в повітряних кулях та дирижаблях. Оскільки гелій легший за повітря, дирижаблі та повітряні кулі наповнюються гелієм. Гелій має перевагу в тому, що він негорючий, хоча водень має більшу плавучість і має нижчу швидкість витоку з мембрани. Ще одне вторинне застосування - в ракетній техніці, де гелій використовується як теплоносій для витіснення палива та окислювача в резервуарах для зберігання та конденсації водню та кисню для отримання 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 "Сатурн-5", що використовувалася в програмі "Аполлон", для запуску було потрібно близько 370 000 кубічних метрів (13 мільйонів кубічних футів) гелію.

Виявлення та аналіз витоків у трубопроводах

Ще одне промислове застосування гелію – це виявлення витоків. Виявлення витоків використовується для виявлення витоків у системах, що містять рідини та гази. Оскільки гелій дифундує крізь тверді тіла втричі швидше за повітря, його використовують як індикаторний газ для виявлення витоків у високовакуумному обладнанні (наприклад, кріогенних резервуарах) та резервуарах високого тиску. Об'єкт поміщають у камеру, яку потім вакуумують та заповнюють гелієм. Навіть при швидкостях витоку до 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 та називається тестом інтеграції гелію. Інший, простіший метод – заповнити досліджуваний об'єкт гелієм та вручну шукати витоки за допомогою портативного пристрою.

Гелій використовується для виявлення витоків, оскільки це найменша молекула та одноатомна молекула, тому гелій легко витікає. Газоподібний гелій заповнюється об'єктом під час виявлення витоків, і якщо витік трапляється, гелієвий мас-спектрометр зможе виявити місце витоку. Гелій можна використовувати для виявлення витоків у ракетах, паливних баках, теплообмінниках, газопроводах, електроніці, телевізійних трубках та інших виробничих компонентах. 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 металообробка

Гелій використовується як захисний газ у дуговому та плазмово-дуговому зварюванні через його вищу потенційну енергію іонізації, ніж у інших атомів. Гелій навколо зварного шва запобігає окисленню металу в розплавленому стані. Висока потенційна енергія іонізації гелію дозволяє плазмово-дугове зварювання різнорідних металів, що використовуються в будівництві, суднобудуванні та аерокосмічній промисловості, таких як титан, цирконій, магній та алюмінієві сплави. Хоча гелій у захисному газі можна замінити аргоном або воднем, деякі матеріали (такі як титан, гелій) не можна замінити для плазмово-дугового зварювання. Оскільки гелій – єдиний газ, безпечний за високих температур.

Одним із найактивніших напрямків розвитку є зварювання нержавіючої сталі. Гелій – це інертний газ, що означає, що він не вступає в жодні хімічні реакції під час взаємодії з іншими речовинами. Ця характеристика особливо важлива для захисних газів для зварювання.

Гелій також добре проводить тепло. Саме тому його зазвичай використовують у зварних швах, де потрібне більша підведена температура для покращення змочуваності шва. Гелій також корисний для прискорення.

Гелій зазвичай змішують з аргоном у різних кількостях у захисній газовій суміші, щоб повною мірою скористатися перевагами обох газів. Гелій, наприклад, діє як захисний газ, допомагаючи забезпечити ширше та поверхневе проникнення під час зварювання. Але гелій не забезпечує такого очищення, як аргон.

В результаті, виробники металу часто розглядають змішування аргону з гелієм як частину свого робочого процесу. Для дугового зварювання металу в середовищі захисного газу гелій може становити від 25% до 75% газової суміші в суміші гелій/аргон. Регулюючи склад захисної газової суміші, зварювальник може впливати на розподіл тепла зварного шва, що, у свою чергу, впливає на форму поперечного перерізу зварного металу та швидкість зварювання.

Електронна напівпровідникова промисловість

Як інертний газ, гелій настільки стабільний, що майже не реагує з іншими елементами. Ця властивість дозволяє використовувати його як захисний матеріал під час дугового зварювання (для запобігання забрудненню повітря киснем). Гелій також має інші важливі застосування, такі як виробництво напівпровідників та оптичних волокон. Крім того, він може замінити азот під час глибоководного занурення, запобігаючи утворенню бульбашок азоту в крові, тим самим запобігаючи водолазній хворобі.

Глобальний обсяг продажів гелію (2016-2027)

Глобальний ринок гелію досяг 1825,37 млн ​​доларів США у 2020 році та, як очікується, досягне 2742,04 млн доларів США у 2027 році, зі сукупним річним темпом зростання (CAGR) 5,65% (2021-2027). Галузь має велику невизначеність у найближчі роки. Прогнозовані дані на 2021-2027 роки в цій статті базуються на історичному розвитку останніх кількох років, думках галузевих експертів та думках аналітиків, викладених у цій статті.

Гелієва промисловість є висококонцентрованою, постачається з природних ресурсів та має обмежену кількість світових виробників, головним чином у Сполучених Штатах, Росії, Катарі та Алжирі. У світі споживчий сектор зосереджений у Сполучених Штатах, Китаї, Європі тощо. Сполучені Штати мають давню історію та непохитні позиції в цій галузі.

Багато компаній мають кілька заводів, але вони зазвичай розташовані не близько до своїх цільових споживчих ринків. Тому транспортні витрати на продукцію високі.

Протягом перших п'яти років виробництво зростало дуже повільно. Гелій є невідновлюваним джерелом енергії, і в країнах-виробниках діє політика, спрямована на забезпечення його подальшого використання. Дехто прогнозує, що запаси гелію закінчаться в майбутньому.

Ця галузь має високу частку імпорту та експорту. Майже всі країни використовують гелій, але лише деякі мають його запаси.

Гелій має широкий спектр застосування та буде доступний у дедалі більшій кількості галузей. З огляду на дефіцит природних ресурсів, попит на гелій, ймовірно, зросте в майбутньому, що вимагатиме відповідних альтернатив. Очікується, що ціни на гелій продовжуватимуть зростати з 2021 по 2026 рік, з 13,53 дол. США/м3 (2020) до 19,09 дол. США/м3 (2027).

На галузь впливають економіка та політика. У міру відновлення світової економіки дедалі більше людей стурбовані покращенням екологічних стандартів, особливо в слаборозвинених регіонах з великим населенням та швидким економічним зростанням, попит на гелій зростатиме.

Наразі до основних світових виробників належать Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) та Gazprom (Ru) тощо. У 2020 році частка продажів 6 провідних виробників перевищить 74%. Очікується, що конкуренція в галузі загостриться в найближчі кілька років.

Кріогенне обладнання HL

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

Компанія HL Cryogenic Equipment, заснована в 1992 році, є брендом, що входить до складу компанії HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment займається проектуванням та виробництвом високовакуумних ізольованих кріогенних трубопровідних систем та пов'язаного з ними допоміжного обладнання для задоволення різних потреб клієнтів. Вакуумно ізольовані труби та гнучкі шланги виготовлені з високовакуумних та багатошарових багатоекранних спеціальних ізольованих матеріалів і проходять серію надзвичайно суворих технічних обробок та високовакуумної обробки, які використовуються для передачі рідкого кисню, рідкого азоту, рідкого аргону, рідкого водню, рідкого гелію, зрідженого етилену (LEG) та зрідженого природного газу (LNG).

Серія продуктів компанії HL Cryogenic Equipment Company, що пройшла серію надзвичайно суворих технічних обробок, таких як труби з вакуумною оболонкою, шланги з вакуумною оболонкою, клапани з вакуумною оболонкою та фазові роздільники, використовується для перекачування рідкого кисню, рідкого азоту, рідкого аргону, рідкого водню, рідкого гелію, рідких газів та зрідженого природного газу (ЛЕГ) і зрідженого природного газу (ЗПГ). Ці продукти обслуговуються для кріогенного обладнання (наприклад, кріогенних резервуарів, ємностей Дьюара та холодних боксів тощо) у галузях розділення повітря, газів, авіації, електроніки, надпровідника, мікросхем, автоматизованого складання, харчової промисловості та виробництва напоїв, фармацевтики, лікарень, біобанків, гуми, хімічного машинобудування, виробництва чорних металів, а також наукових досліджень тощо.

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