Helij je kemijski element sa simbolom He i atomskim brojem 2. To je rijedak atmosferski plin, bezbojan, bez okusa, netoksičan, nezapaljiv, samo slabo topljiv u vodi. Koncentracija helija u atmosferi iznosi 5,24 x 10-4 volumskih postotaka. Ima najniže vrelište i talište od bilo kojeg elementa i postoji samo kao plin, osim u ekstremno hladnim uvjetima.

Helij se prvenstveno transportira kao plinoviti ili tekući helij i koristi se u nuklearnim reaktorima, poluvodičima, laserima, žaruljama, supravodljivosti, instrumentaciji, poluvodičima i optičkim vlaknima, kriogenim istraživanjima, magnetskoj rezonanciji i laboratorijskim istraživanjima.

Izvor hladnoće na niskim temperaturama

Helij se koristi kao kriogeno rashladno sredstvo za kriogene izvore hlađenja, kao što su magnetska rezonancija (MRI), spektroskopija nuklearne magnetske rezonancije (NMR), supravodljivi kvantni akcelerator 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 magnetskog polja, supravodljivi magneti prstenastog polja za fuzijske reaktore i druga kriogena istraživanja. Helij hladi kriogene supravodljive materijale i magnete gotovo na apsolutnu nulu, pri čemu otpor supravodiča naglo pada na nulu. Vrlo nizak otpor supravodiča stvara snažnije magnetsko polje. U slučaju MRI opreme koja se koristi u bolnicama, jača magnetska polja proizvode više detalja na radiografskim slikama.

Helij se koristi kao super rashladno sredstvo jer ima najniže točke taljenja i vrelišta, ne skrućuje se pri atmosferskom tlaku i 0 K, a helij je kemijski inertan, što ga čini gotovo nemogućim za reakciju s drugim tvarima. Osim toga, helij postaje superfluidan ispod 2,2 Kelvina. Do sada jedinstvena ultramobilnost 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

Helij se također koristi u balonima i zračnim brodovima. Budući da je helij lakši od zraka, zračni brodovi i baloni pune se helijem. Helij ima prednost što je nezapaljiv, iako vodik bolje pluta 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 te kondenzira vodik i kisik za proizvodnju raketnog goriva. Također bi se mogao koristiti za uklanjanje goriva i oksidansa iz opreme za podršku na zemlji prije lansiranja i mogao bi prethodno ohladiti tekući vodik u svemirskoj letjelici. U raketi Saturn V korištenoj u programu Apollo, za lansiranje je bilo potrebno oko 370 000 kubičnih metara (13 milijuna kubičnih stopa) helija.

Detekcija i analiza detekcije curenja cjevovoda

Druga industrijska upotreba helija je detekcija curenja. Detekcija curenja koristi se za otkrivanje curenja u sustavima koji sadrže tekućine i plinove. Budući da helij difundira kroz krutine tri puta brže od zraka, koristi se kao plin za praćenje za otkrivanje curenja u visokovakuumskoj opremi (kao što su kriogeni spremnici) i posudama visokog tlaka. Predmet se stavlja u komoru, koja se zatim evakuira i puni helijem. Čak i pri brzinama curenja niskim kao što je 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), helij koji izlazi kroz curenje može se detektirati osjetljivim uređajem (helijski maseni spektrometar). Postupak mjerenja obično je automatiziran i naziva se test integracije helija. Druga, jednostavnija metoda je punjenje dotičnog objekta helijem i ručno traženje curenja pomoću ručnog uređaja.

Helij se koristi za otkrivanje curenja jer je najmanja molekula i monatomska molekula, pa helij lako curi. Plin helij se puni u objekt tijekom otkrivanja curenja, a ako dođe do curenja, maseni spektrometar helija moći će otkriti mjesto curenja. Helij se može koristiti za otkrivanje curenja u raketama, spremnicima goriva, izmjenjivačima topline, plinovodima, elektronici, televizijskim cijevima i drugim proizvodnim komponentama. Detekcija curenja pomoću helija prvi put je korištena tijekom projekta Manhattan za otkrivanje curenja u postrojenjima za obogaćivanje uranija. Helij za otkrivanje curenja može se zamijeniti vodikom, dušikom ili smjesom vodika i dušika.

Zavarivanje i obrada metala

Helij se koristi kao zaštitni plin u elektrolučnom zavarivanju i plazma zavarivanju zbog svoje veće potencijalne energije ionizacije od drugih atoma. Helij oko zavara sprječava oksidaciju metala u rastaljenom stanju. Visoka potencijalna energija ionizacije helija omogućuje plazma zavarivanje različitih metala koji se koriste u građevinarstvu, brodogradnji i zrakoplovstvu, poput titana, cirkonija, magnezija i aluminijevih legura. Iako se helij u zaštitnom plinu može zamijeniti argonom ili vodikom, neki materijali (poput titana i helija) ne mogu se zamijeniti za plazma zavarivanje. Jer je helij jedini plin 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 kemijskim reakcijama kada je izložen drugim tvarima. 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 za poboljšanje kvašenja zavara. Helij je također koristan za ubrzavanje.

Helij se obično miješa s argonom u različitim količinama u zaštitnoj smjesi plinova kako bi se u potpunosti iskoristila dobra svojstva oba plina. Helij, na primjer, djeluje kao zaštitni plin koji pomaže u osiguravanju šireg i plićeg prodiranja tijekom zavarivanja. Ali helij 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. Prilagođavanjem sastava smjese zaštitnog plina, zavarivač može utjecati na raspodjelu topline zavara, što zauzvrat utječe na oblik presjeka zavara i brzinu zavarivanja.

Elektronička poluvodička industrija

Kao inertni plin, helij je toliko stabilan da gotovo ne reagira s drugim elementima. Zbog toga se koristi kao štit u elektrolučnom zavarivanju (kako bi se spriječilo onečišćenje zraka kisikom). Helij ima i druge kritične primjene, poput proizvodnje poluvodiča 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 volumen prodaje helija (2016.-2027.)

Globalno tržište helija dosegnulo je 1825,37 milijuna američkih dolara u 2020. godini, a očekuje se da će u 2027. godini dosegnuti 2742,04 milijuna američkih dolara, sa složenom godišnjom stopom rasta (CAGR) od 5,65% (2021.-2027.). Industrija se suočava s velikom neizvjesnošću u nadolazećim godinama. Podaci o prognozama za razdoblje 2021.-2027. u ovom radu temelje se na povijesnom razvoju proteklih nekoliko godina, mišljenjima stručnjaka iz industrije i mišljenjima analitičara u ovom radu.

Industrija helija je visoko koncentrirana, potječe iz prirodnih resursa i ima ograničen broj globalnih proizvođača, uglavnom u Sjedinjenim Državama, Rusiji, Kataru i Alžiru. U svijetu je potrošački sektor koncentriran u Sjedinjenim Državama, Kini, Europi i tako dalje. Sjedinjene Države imaju dugu povijest i nepokolebljivu poziciju u industriji.

Mnoge tvrtke imaju nekoliko tvornica, ali one obično nisu blizu svojih ciljanih potrošačkih tržišta. Stoga proizvod ima visoke troškove prijevoza.

Od prvih pet godina proizvodnja je rasla vrlo sporo. Helij je neobnovljivi izvor energije, a u zemljama proizvođačima provode se politike kako bi se osigurala njegova daljnja upotreba. Neki predviđaju da će helija u budućnosti nestati.

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

Helij ima širok raspon upotrebe i bit će dostupan u sve više područja. S obzirom na oskudnost prirodnih resursa, potražnja za helijem vjerojatno će se povećati u budućnosti, što će zahtijevati odgovarajuće alternative. Očekuje se da će cijene helija nastaviti rasti od 2021. do 2026., s 13,53 USD/m3 (2020.) na 19,09 USD/m3 (2027.).

Na industriju utječu ekonomija i politika. Kako se globalno gospodarstvo oporavlja, sve više ljudi je zabrinuto zbog poboljšanja ekoloških standarda, posebno u nerazvijenim regijama s velikim stanovništvom i brzim gospodarskim rastom, potražnja za helijem 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 premašit će 74%. Očekuje se da će konkurencija u industriji postati intenzivnija u sljedećih nekoliko godina.

HL kriogena oprema

Zbog oskudnosti resursa tekućeg helija i rastuće cijene, važno je smanjiti gubitke i iskoristiti tekući helij tijekom njegove upotrebe i transporta.

HL Cryogenic Equipment, osnovan 1992. godine, robna je marka povezana s HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment posvećen je dizajnu i proizvodnji visokovakuumski izoliranih kriogenih cjevovodnih sustava i povezane 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 obrada i visokovakuumske obrade, koja se koristi za prijenos tekućeg kisika, tekućeg dušika, tekućeg argona, tekućeg vodika, tekućeg helija, ukapljenog etilena (LEG) i ukapljenog prirodnog plina (LNG).

Serija proizvoda vakuumski obloženih cijevi, vakuumski obloženih crijeva, vakuumski obloženih ventila i faznih separatora tvrtke HL Cryogenic Equipment Company, koja je prošla niz izuzetno strogih tehničkih obrada, koristi se za prijenos tekućeg kisika, tekućeg dušika, tekućeg argona, tekućeg vodika, tekućeg helija, LEG-a i LNG-a, a ovi se proizvodi servisiraju za kriogenu opremu (npr. kriogene spremnike, Dewarove posude i hladne kutije itd.) u industrijama odvajanja zraka, plinova, zrakoplovstva, elektronike, supravodiča, čipova, automatizacije, prehrambene i pićarske industrije, farmacije, bolnica, biobanki, gume, proizvodnje novih materijala, kemijskog inženjerstva, željeza i čelika te znanstvenih istraživanja itd.

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