Гелий — химический элемент с символом He и атомным номером 2. Это редкий атмосферный газ, бесцветный, безвкусный, нетоксичный, невоспламеняющийся, лишь немного растворимый в воде. Концентрация гелия в атмосфере составляет 5,24 x 10-4 по объемным процентам. Он имеет самые низкие температуры кипения и плавления среди всех элементов и существует только в виде газа, за исключением экстремально холодных условий.

Гелий в основном транспортируется в газообразном или жидком виде и используется в ядерных реакторах, полупроводниках, лазерах, лампочках, сверхпроводимости, приборостроении, полупроводниках и волоконной оптике, криогенной технике, МРТ и научно-исследовательских лабораториях.

Низкотемпературный источник холода

Гелий используется в качестве криогенного охладителя для криогенных источников охлаждения, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), ядерно-магнитная резонансная (ЯМР) спектроскопия, сверхпроводящий квантовый ускоритель частиц, большой адронный коллайдер, интерферометр (СКВИД), электронный спиновый резонанс (ЭСР) и сверхпроводящий магнитный накопитель энергии (СМЭС), МГД-сверхпроводящие генераторы, сверхпроводящий датчик, передача энергии, транспортировка на магнитной подвеске, масс-спектрометр, сверхпроводящий магнит, сепараторы сильного магнитного поля, сверхпроводящие магниты кольцевого поля для термоядерных реакторов и другие криогенные исследования. Гелий охлаждает криогенные сверхпроводящие материалы и магниты почти до абсолютного нуля, при этом сопротивление сверхпроводника внезапно падает до нуля. Очень низкое сопротивление сверхпроводника создает более мощное магнитное поле. В случае оборудования МРТ, используемого в больницах, более сильные магнитные поля дают больше деталей на рентгенографических изображениях.

Гелий используется в качестве суперохладителя, поскольку гелий имеет самые низкие температуры плавления и кипения, не затвердевает при атмосферном давлении и 0 К, а также гелий химически инертен, что делает практически невозможным его реакцию с другими веществами. Кроме того, гелий становится сверхтекучим при температуре ниже 2,2 Кельвина. До сих пор уникальная сверхподвижность не использовалась ни в одном промышленном применении. При температурах ниже 17 Кельвинов гелий не имеет замены в качестве хладагента в криогенном источнике.

Аэронавтика и астронавтика

Гелий также используется в воздушных шарах и дирижаблях. Поскольку гелий легче воздуха, дирижабли и воздушные шары заполняются гелием. Гелий имеет то преимущество, что он негорюч, хотя водород более плавучий и имеет меньшую скорость утечки из мембраны. Другое вторичное применение - в ракетной технике, где гелий используется в качестве среды потерь для вытеснения топлива и окислителя в резервуарах для хранения и конденсации водорода и кислорода для производства ракетного топлива. Его также можно использовать для удаления топлива и окислителя из наземного вспомогательного оборудования перед запуском, а также для предварительного охлаждения жидкого водорода в космическом корабле. В ракете Saturn V, используемой в программе Apollo, для запуска требовалось около 370 000 кубических метров (13 миллионов кубических футов) гелия.

Анализ и обнаружение утечек в трубопроводах

Другим промышленным применением гелия является обнаружение утечек. Обнаружение утечек используется для обнаружения утечек в системах, содержащих жидкости и газы. Поскольку гелий диффундирует через твердые тела в три раза быстрее, чем воздух, он используется в качестве индикаторного газа для обнаружения утечек в высоковакуумном оборудовании (например, криогенных резервуарах) и сосудах высокого давления. Объект помещается в камеру, которая затем откачивается и заполняется гелием. Даже при скорости утечки всего 10-9 мбар•л/с (10-10 Па•м3/с) гелий, выходящий через утечку, может быть обнаружен чувствительным устройством (гелиевым масс-спектрометром). Процедура измерения обычно автоматизирована и называется испытанием на интеграцию гелия. Другой, более простой метод заключается в заполнении исследуемого объекта гелием и ручном поиске утечек с помощью портативного устройства.

Гелий используется для обнаружения утечек, потому что это самая маленькая молекула и одноатомная молекула, поэтому гелий легко утекает. Газообразный гелий заполняется в объект во время обнаружения утечек, и если происходит утечка, гелиевый масс-спектрометр сможет обнаружить место утечки. Гелий можно использовать для обнаружения утечек в ракетах, топливных баках, теплообменниках, газовых линиях, электронике, ТЕЛЕВИЗИОННЫХ трубках и других производственных компонентах. Обнаружение утечек с использованием гелия впервые было использовано во время Манхэттенского проекта для обнаружения утечек на заводах по обогащению урана. Гелий для обнаружения утечек можно заменить водородом, азотом или смесью водорода и азота.

Сварка и металлообработка

Гелий используется в качестве защитного газа при дуговой сварке и плазменной сварке из-за его более высокой потенциальной энергии ионизации, чем у других атомов. Гелий вокруг сварного шва предотвращает окисление металла в расплавленном состоянии. Высокая потенциальная энергия ионизации гелия позволяет производить плазменную сварку разнородных металлов, используемых в строительстве, судостроении и аэрокосмической промышленности, таких как титан, цирконий, магний и алюминиевые сплавы. Хотя гелий в защитном газе можно заменить аргоном или водородом, некоторые материалы (например, титановый гелий) нельзя заменить для плазменной сварки. Поскольку гелий — единственный газ, который безопасен при высоких температурах.

Одной из самых активных областей развития является сварка нержавеющей стали. Гелий является инертным газом, что означает, что он не вступает в химические реакции при контакте с другими веществами. Эта характеристика особенно важна в защитных газах для сварки.

Гелий также хорошо проводит тепло. Вот почему он обычно используется в сварных швах, где требуется более высокий подвод тепла для улучшения смачиваемости шва. Гелий также полезен для ускорения.

Гелий обычно смешивают с аргоном в различных количествах в защитной газовой смеси, чтобы в полной мере использовать хорошие свойства обоих газов. Например, гелий действует как защитный газ, помогая обеспечить более широкие и неглубокие режимы проникновения во время сварки. Но гелий не обеспечивает очистки, как аргон.

В результате производители металла часто рассматривают смешивание аргона с гелием как часть своего рабочего процесса. Для дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа гелий может составлять от 25% до 75% газовой смеси в смеси гелия и аргона. Регулируя состав защитной газовой смеси, сварщик может влиять на распределение тепла в сварном шве, что в свою очередь влияет на форму поперечного сечения металла шва и скорость сварки.

Электронная полупроводниковая промышленность

Как инертный газ, гелий настолько стабилен, что он почти не реагирует с другими элементами. Это свойство позволяет использовать его в качестве защитного слоя при дуговой сварке (для предотвращения загрязнения воздуха кислородом). Гелий также имеет другие важные применения, такие как производство полупроводников и оптического волокна. Кроме того, он может заменять азот при глубоководном погружении, предотвращая образование пузырьков азота в кровотоке, тем самым предотвращая укачивание.

Объем мировых продаж гелия (2016-2027)

Мировой рынок гелия достиг 1825,37 млн ​​долларов США в 2020 году и, как ожидается, достигнет 2742,04 млн долларов США в 2027 году с годовым темпом роста (CAGR) 5,65% (2021-2027). В ближайшие годы в отрасли будет большая неопределенность. Прогнозные данные на 2021-2027 годы в этой статье основаны на историческом развитии последних нескольких лет, мнениях отраслевых экспертов и мнениях аналитиков в этой статье.

Гелиевая промышленность высококонцентрирована, основана на природных ресурсах и имеет ограниченное число мировых производителей, в основном в США, России, Катаре и Алжире. В мире потребительский сектор сосредоточен в США, Китае, Европе и т. д. США имеют долгую историю и непоколебимую позицию в отрасли.

Многие компании имеют несколько заводов, но они обычно не находятся близко к целевым рынкам потребителей. Поэтому продукт имеет высокую стоимость транспортировки.

Начиная с первых пяти лет, производство росло очень медленно. Гелий является невозобновляемым источником энергии, и в странах-производителях действуют политики, обеспечивающие его непрерывное использование. Некоторые предсказывают, что гелий закончится в будущем.

В отрасли высока доля импорта и экспорта. Почти все страны используют гелий, но лишь немногие имеют запасы гелия.

Гелий имеет широкий спектр применения и будет доступен во все большем количестве областей. Учитывая дефицит природных ресурсов, спрос на гелий, вероятно, возрастет в будущем, требуя соответствующих альтернатив. Ожидается, что цены на гелий продолжат расти с 2021 по 2026 год с 13,53 долл. США / м3 (2020 г.) до 19,09 долл. США / м3 (2027 г.).

На отрасль влияют экономика и политика. По мере восстановления мировой экономики все больше людей обеспокоены улучшением экологических стандартов, особенно в слаборазвитых регионах с большим населением и быстрым экономическим ростом, спрос на гелий будет расти.

В настоящее время крупнейшими мировыми производителями являются Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) и Gazprom (Ru) и др. В 2020 году доля продаж ТОП-6 производителей превысит 74%. Ожидается, что в ближайшие годы конкуренция в отрасли станет более жесткой.

Криогенное оборудование HL

В связи с дефицитом ресурсов жидкого гелия и ростом цен на него важно сократить потери и извлечь жидкий гелий в процессе его использования и транспортировки.

HL Cryogenic Equipment, основанная в 1992 году, является брендом, аффилированным с HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment занимается проектированием и производством высоковакуумной криогенной трубопроводной системы и соответствующего вспомогательного оборудования для удовлетворения различных потребностей клиентов. Вакуумная изоляция трубы и гибкого шланга изготавливаются из высоковакуумных и многослойных многоэкранных специальных изоляционных материалов и проходят ряд чрезвычайно строгих технических обработок и высоковакуумной обработки, которая используется для передачи жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, сжиженного этиленового газа LEG и сжиженного природного газа LNG.

Серия продукции компании HL Cryogenic Equipment Company, включающая трубы с вакуумной рубашкой, шланги с вакуумной рубашкой, клапаны с вакуумной рубашкой и фазовые сепараторы, прошедшие ряд чрезвычайно строгих технических обработок, используется для транспортировки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, LEG и СПГ. Эта продукция обслуживается для криогенного оборудования (например, криогенных резервуаров, сосудов Дьюара и холодильных боксов и т. д.) в отраслях разделения воздуха, газовой промышленности, авиации, электроники, сверхпроводниковой промышленности, производства микросхем, автоматизированной сборки, пищевой промышленности, фармацевтики, больниц, биобанков, резины, производства новых материалов, химической инженерии, черной металлургии, научных исследований и т. д.

Компания HL Cryogenic Equipment Company стала квалифицированным поставщиком/продавцом для Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani и Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) и т. д.