Helijum je hemijski element sa simbolom He i atomskim brojem 2. To je rijedak atmosferski gas, bezbojan, bez ukusa, netoksičan, nezapaljiv, samo slabo rastvorljiv u vodi. Koncentracija helija u atmosferi je 5,24 x 10-4 po volumenskom procentu. Ima najniže tačke ključanja i topljenja od bilo kojeg elementa i postoji samo kao gas, osim u ekstremno hladnim uslovima.

Helijum se prvenstveno transportuje kao gasoviti ili tečni helijum i koristi se u nuklearnim reaktorima, poluprovodnicima, laserima, sijalicama, superprovodljivosti, instrumentaciji, poluprovodnicima i optičkim vlaknima, kriogenim istraživanjima, magnetnoj rezonanciji i laboratorijskim istraživanjima.

Izvor hladnoće na niskim temperaturama

Helij se koristi kao kriogeno rashladno sredstvo za kriogene izvore hlađenja, kao što su magnetna rezonancija (MRI), spektroskopija nuklearne magnetne rezonancije (NMR), akcelerator supravodljivih kvantnih čestica, veliki hadronski sudarač, interferometar (SQUID), elektronska spinska rezonancija (ESR) i supravodljivo magnetsko skladištenje energije (SMES), MHD supravodljivi generatori, supravodljivi senzori, prijenos energije, maglev transport, maseni spektrometar, supravodljivi magnet, separatori jakog magnetnog polja, supravodljivi magneti prstenastog polja za fuzijske reaktore i druga kriogena istraživanja. Helij hladi kriogene supravodljive materijale i magnete gotovo do apsolutne nule, u kojem trenutku otpor supravodiča naglo pada na nulu. Vrlo nizak otpor supravodiča stvara snažnije magnetno polje. U slučaju MRI opreme koja se koristi u bolnicama, jača magnetna polja proizvode više detalja na radiografskim slikama.

Helijum se koristi kao super rashladno sredstvo jer ima najniže tačke topljenja i ključanja, ne očvršćava se pri atmosferskom pritisku i 0 K, a helij je hemijski inertan, što ga čini gotovo nemogućim za reakciju s drugim supstancama. Osim toga, helij postaje superfluidan ispod 2,2 Kelvina. Do sada, jedinstvena ultra-mobilnost nije iskorištena ni u jednoj industrijskoj primjeni. Na temperaturama ispod 17 Kelvina, ne postoji zamjena za helij kao rashladno sredstvo u kriogenom izvoru.

Aeronautika i astronautika

Helijum se također koristi u balonima i zračnim brodovima. Budući da je helij lakši od zraka, zračni brodovi i baloni se pune helijem. Helijum ima prednost što je nezapaljiv, iako je vodik plutajući i ima nižu stopu izlaska iz membrane. Druga sekundarna upotreba je u raketnoj tehnologiji, gdje se helij koristi kao medij za gubitak goriva i oksidansa u spremnicima za skladištenje i kondenzaciju vodika i kisika za proizvodnju raketnog goriva. Također bi se mogao koristiti za uklanjanje goriva i oksidansa iz opreme za podršku na zemlji prije lansiranja, a mogao bi i prethodno ohladiti tekući vodik u svemirskoj letjelici. U raketi Saturn V korištenoj u programu Apollo, za lansiranje je bilo potrebno oko 370.000 kubnih metara (13 miliona kubnih stopa) helija.

Detekcija i analiza detekcije curenja cjevovoda

Druga industrijska upotreba helijuma je detekcija curenja. Detekcija curenja se koristi za otkrivanje curenja u sistemima koji sadrže tečnosti i gasove. Budući da helijum difundira kroz čvrste materije tri puta brže od vazduha, koristi se kao gas za praćenje curenja u opremi visokog vakuuma (kao što su kriogeni rezervoari) i posudama visokog pritiska. Predmet se stavlja u komoru, koja se zatim evakuiše i napuni helijumom. Čak i pri brzinama curenja niskim kao što je 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), helijum koji izlazi kroz curenje može se detektovati osjetljivim uređajem (helijumskim masenim spektrometrom). Postupak mjerenja je obično automatizovan i naziva se test integracije helijuma. Druga, jednostavnija metoda je da se predmetni objekat napuni helijumom i ručno traži curenje pomoću ručnog uređaja.

Helijum se koristi za detekciju curenja jer je najmanji molekul i monatomski je molekul, tako da helijum lako curi. Helijum se puni u objekat tokom detekcije curenja, i ako dođe do curenja, maseni spektrometar helijuma će moći da detektuje lokaciju curenja. Helijum se može koristiti za detekciju curenja u raketama, rezervoarima za gorivo, izmjenjivačima toplote, gasovodima, elektronici, TV cijevima i drugim proizvodnim komponentama. Detekcija curenja pomoću helijuma prvi put je korištena tokom projekta Manhattan za detekciju curenja u postrojenjima za obogaćivanje uranijuma. Helijum za detekciju curenja može se zamijeniti vodonikom, azotom ili mješavinom vodonika i azota.

Zavarivanje i obrada metala

Helijum se koristi kao zaštitni gas u elektrolučnom zavarivanju i plazma zavarivanju zbog svoje veće potencijalne energije jonizacije u odnosu na druge atome. Helijum oko zavara sprečava oksidaciju metala u rastopljenom stanju. Visoka potencijalna energija jonizacije helija omogućava plazma zavarivanje različitih metala koji se koriste u građevinarstvu, brodogradnji i vazduhoplovstvu, kao što su titanijum, cirkonijum, magnezijum i legure aluminijuma. Iako se helij u zaštitnom gasu može zamijeniti argonom ili vodonikom, neki materijali (kao što je titanijum i helij) ne mogu se zamijeniti za plazma zavarivanje. Jer je helij jedini gas koji je siguran na visokim temperaturama.

Jedno od najaktivnijih područja razvoja je zavarivanje nehrđajućeg čelika. Helij je inertni plin, što znači da ne podliježe nikakvim hemijskim reakcijama kada je izložen drugim supstancama. Ova karakteristika je posebno važna kod zaštitnih plinova za zavarivanje.

Helij također dobro provodi toplinu. Zbog toga se često koristi u zavarima gdje je potreban veći unos topline kako bi se poboljšala kvašivost zavara. Helij je također koristan za ubrzavanje.

Helijum se obično miješa s argonom u različitim količinama u zaštitnoj smjesi plinova kako bi se u potpunosti iskoristila dobra svojstva oba plina. Helijum, na primjer, djeluje kao zaštitni plin koji pomaže u osiguravanju šireg i plićeg prodiranja tokom zavarivanja. Ali helium ne pruža čišćenje koje pruža argon.

Kao rezultat toga, proizvođači metala često razmatraju miješanje argona s helijem kao dio svog radnog procesa. Za zavarivanje metala zaštićenim plinom, helij može činiti 25% do 75% smjese plinova u smjesi helija/argona. Podešavanjem sastava zaštitne smjese plinova, zavarivač može utjecati na raspodjelu topline zavara, što zauzvrat utječe na oblik poprečnog presjeka zavara i brzinu zavarivanja.

Elektronska poluprovodnička industrija

Kao inertni plin, helijum je toliko stabilan da teško reaguje ni sa jednim drugim elementom. Zbog ovog svojstva koristi se kao štit u elektrolučnom zavarivanju (kako bi se spriječila kontaminacija kisikom u zraku). Helijum ima i druge kritične primjene, kao što su proizvodnja poluprovodnika i optičkih vlakana. Osim toga, može zamijeniti dušik u dubokom ronjenju kako bi spriječio stvaranje mjehurića dušika u krvotoku, čime se sprječava ronilačka bolest.

Globalni obim prodaje helija (2016-2027)

Globalno tržište helijuma dostiglo je 1.825,37 miliona američkih dolara u 2020. godini, a očekuje se da će dostići 2.742,04 miliona američkih dolara u 2027. godini, sa složenom godišnjom stopom rasta (CAGR) od 5,65% (2021-2027). Industrija se suočava sa velikom neizvjesnošću u narednim godinama. Prognozirani podaci za 2021-2027. u ovom radu zasnivaju se na historijskom razvoju proteklih nekoliko godina, mišljenjima stručnjaka iz industrije i mišljenjima analitičara u ovom radu.

Industrija helijuma je visoko koncentrisana, dolazi iz prirodnih resursa i ima ograničen broj globalnih proizvođača, uglavnom u Sjedinjenim Američkim Državama, Rusiji, Kataru i Alžiru. U svijetu je potrošački sektor koncentrisan u Sjedinjenim Američkim Državama, Kini, Evropi i tako dalje. Sjedinjene Američke Države imaju dugu istoriju i nepokolebljivu poziciju u industriji.

Mnoge kompanije imaju nekoliko fabrika, ali one obično nisu blizu svojih ciljnih potrošačkih tržišta. Stoga proizvod ima visoke troškove transporta.

Od prvih pet godina, proizvodnja je rasla vrlo sporo. Helijum je neobnovljivi izvor energije, a u zemljama proizvođačima postoje politike koje osiguravaju njegovu kontinuiranu upotrebu. Neki predviđaju da će se zalihe helija u budućnosti iscrpiti.

Industrija ima visok udio uvoza i izvoza. Gotovo sve zemlje koriste helij, ali samo nekoliko ima rezerve helija.

Helijum ima širok spektar upotrebe i biće dostupan u sve većem broju oblasti. S obzirom na oskudnost prirodnih resursa, potražnja za helijumom će se vjerovatno povećati u budućnosti, što će zahtijevati odgovarajuće alternative. Očekuje se da će cijene helijuma nastaviti rasti od 2021. do 2026. godine, sa 13,53 USD/m3 (2020.) na 19,09 USD/m3 (2027.).

Na industriju utiču ekonomija i politika. Kako se globalna ekonomija oporavlja, sve više ljudi je zabrinuto zbog poboljšanja ekoloških standarda, posebno u nerazvijenim regijama s velikim stanovništvom i brzim ekonomskim rastom, a potražnja za helijumom će se povećati.

Trenutno, glavni globalni proizvođači uključuju Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) i Gazprom (Ru), itd. U 2020. godini, udio prodaje 6 najvećih proizvođača će premašiti 74%. Očekuje se da će konkurencija u industriji postati intenzivnija u narednih nekoliko godina.

HL kriogena oprema

Zbog nedostatka resursa tečnog helijuma i rastuće cijene, važno je smanjiti gubitke i iskoristiti tečni helijum tokom njegove upotrebe i transporta.

HL Cryogenic Equipment, osnovan 1992. godine, je brend povezan sa HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment je posvećen dizajnu i proizvodnji kriogenih cjevovodnih sistema izoliranih pod visokim vakuumom i srodne prateće opreme kako bi zadovoljio različite potrebe kupaca. Vakuumski izolirane cijevi i fleksibilna crijeva izrađeni su od visokovakuumskih i višeslojnih višeslojnih specijalnih izoliranih materijala, te prolaze kroz niz izuzetno strogih tehničkih tretmana i tretmana visokim vakuumom, koji se koriste za prenos tečnog kiseonika, tečnog azota, tečnog argona, tečnog vodonika, tečnog helija, tečnog etilena (LEG) i tečnog prirodnog gasa (LNG).

Serija proizvoda vakuumski obloženih cijevi, vakuumski obloženih crijeva, vakuumski obloženih ventila i faznih separatora u kompaniji HL Cryogenic Equipment, koja je prošla niz izuzetno strogih tehničkih tretmana, koristi se za prenos tečnog kiseonika, tečnog azota, tečnog argona, tečnog vodonika, tečnog helijuma, LEG i LNG, a ovi proizvodi se servisiraju za kriogenu opremu (npr. kriogene rezervoare, Dewarove posude i hladne kutije itd.) u industrijama separacije vazduha, gasova, avijacije, elektronike, superprovodnika, čipova, automatizacije, prehrambene i pićarske industrije, farmacije, bolnica, biobanki, gume, proizvodnje novih materijala, hemijskog inženjerstva, željeza i čelika, naučnih istraživanja itd.

Kompanija HL Cryogenic Equipment postala je kvalifikovani dobavljač/prodavač za Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani i Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) itd.