Гелий — химический элемент с символом He и атомным номером 2. Это редкий атмосферный газ, бесцветный, безвкусный, нетоксичный, негорючий, малорастворимый в воде. Концентрация гелия в атмосфере составляет 5,24 x 10⁻⁴% по объёму. Он имеет самые низкие температуры кипения и плавления среди всех элементов и существует только в газообразном состоянии, за исключением экстремально низких температур.

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

Низкотемпературный источник холода

Гелий используется в качестве криогенного хладагента для криогенных источников охлаждения, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), ядерно-магнитно-резонансная спектроскопия (ЯМР), сверхпроводящий квантовый ускоритель частиц, большой адронный коллайдер, интерферометр (СКВИД), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) 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 с кольцевым полем для термоядерных реакторов и другие криогенные исследования. Гелий охлаждает криогенные сверхпроводящие материалы и магниты почти до абсолютного нуля, при котором 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 обеспечивают более детальную передачу рентгеновских изображений.

Гелий используется в качестве суперхладагента, поскольку имеет самые низкие температуры плавления и кипения, не затвердевает при атмосферном давлении и 0 К, а также химически инертен, что делает практически невозможным его взаимодействие с другими веществами. Кроме того, гелий становится сверхтекучим при температуре ниже 2,2 Кельвина. До сих пор его уникальная сверхподвижность не нашла применения в промышленности. При температурах ниже 17 Кельвинов гелий не имеет альтернативы в качестве хладагента в криогенных системах.

Аэронавтика и астронавтика

Гелий также используется в воздушных шарах и дирижаблях. Поскольку гелий легче воздуха, дирижабли и воздушные шары заполняются гелием. Преимущество гелия в том, что он негорюч, хотя водород обладает большей плавучестью и имеет меньшую скорость выхода из оболочки. Другое вторичное применение — в ракетной технике, где гелий используется в качестве среды 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 аппарате. Для запуска ракеты «Сатурн-5», использовавшейся в программе «Аполлон», требовалось около 370 000 кубических метров (13 миллионов кубических футов) гелия.

Обнаружение и анализ утечек из трубопроводов

Другим промышленным применением гелия является обнаружение утечек. Течеискание используется для обнаружения утечек в системах, содержащих жидкости и газы. Поскольку гелий диффундирует через твердые тела в три раза быстрее воздуха, он используется в качестве индикаторного газа для обнаружения утечек в высоковакуумном оборудовании (например, криогенных резервуарах) и сосудах высокого давления. Объект помещается в камеру, из которой затем откачивают воздух и заполняют гелием. Даже при скорости утечки всего 10⁻⁴ мбар·л/с (10⁻⁴ Па·м³/с) утечка гелия через течь может быть обнаружена чувствительным прибором (гелиевым масс-спектрометром). Процедура измерения обычно автоматизирована и называется испытанием на интеграцию гелия. Другой, более простой метод заключается в заполнении объекта гелием и ручном поиске утечек с помощью портативного прибора.

Гелий используется для обнаружения утечек, поскольку его молекула самая маленькая и одноатомная, поэтому он легко утекает. При обнаружении утечек объект заполняется гелием, и в случае утечки гелиевый масс-спектрометр позволяет определить её место. Гелий может использоваться для обнаружения утечек в ракетах, топливных баках, теплообменниках, газопроводах, электронных приборах, телевизорах и других производственных компонентах. Гелий был впервые использован для обнаружения утечек на заводах по обогащению урана в рамках Манхэттенского проекта. Гелий для обнаружения утечек можно заменить водородом, азотом или смесью водорода и азота.

Сварка и металлообработка

Гелий используется в качестве защитного газа при дуговой и плазменной сварке благодаря своей более высокой потенциальной энергии ионизации по сравнению с другими атомами. Гелий, окружающий сварной шов, 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, титан и гелий) невозможно заменить при плазменной сварке. Гелий — единственный газ, безопасный при высоких температурах.

Одним из наиболее активных направлений развития является сварка нержавеющей стали. Гелий — инертный газ, то есть он не вступает в химические реакции с другими веществами. Эта характеристика особенно важна для защитных газов при сварке.

Гелий также хорошо проводит тепло. Поэтому его часто используют в сварных швах, где требуется более высокий подвод тепла для улучшения смачиваемости. Гелий также полезен для повышения скорости.

Гелий обычно смешивают с аргоном в различных пропорциях в защитной газовой смеси, чтобы в полной мере использовать положительные свойства обоих газов. Например, гелий действует как защитный газ, обеспечивая более широкое и поверхностное проплавление при сварке. Однако гелий не обеспечивает такой же очистки, как аргон.

В результате производители металла часто рассматривают возможность смешивания аргона с гелием в своих рабочих процессах. При дуговой сварке 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

Будучи инертным газом, гелий настолько стабилен, что практически не реагирует с другими элементами. Это свойство позволяет использовать его в качестве защитного газа при дуговой сварке (для предотвращения загрязнения воздуха кислородом). Гелий также имеет другие важные применения, например, в производстве полупроводников и оптического волокна. Кроме того, он может заменять азот при глубоководных погружениях, предотвращая образование пузырьков азота в кровотоке и тем самым предотвращая укачивание.

Объем мировых продаж гелия (2016-2027)

Мировой рынок гелия в 2020 году достиг 1825,37 млн ​​долларов США, а к 2027 году, как ожидается, достигнет 2742,04 млн долларов США, при среднегодовом темпе роста (CAGR) 5,65% (2021–2027). В ближайшие годы отрасль ожидает серьёзная неопределённость. Прогнозные данные на 2021–2027 годы, представленные в данной работе, основаны на данных об истории развития рынка за последние несколько лет, мнениях отраслевых экспертов и аналитиков, представленных в данной работе.

Гелиевая промышленность отличается высокой концентрацией, основана на использовании природных ресурсов и имеет ограниченное число мировых производителей, в основном в США, России, Катаре и Алжире. Потребительский сектор в мире сосредоточен в США, Китае, Европе и т.д. США имеют долгую историю и прочные позиции в этой отрасли.

У многих компаний есть несколько заводов, но они, как правило, расположены далеко от целевых рынков сбыта. Поэтому транспортные расходы на продукцию высоки.

Начиная с первых пяти лет, производство росло очень медленно. Гелий — невозобновляемый источник энергии, и в странах-производителях действуют политики, обеспечивающие его непрерывное использование. Некоторые прогнозируют, что гелий в будущем закончится.

В отрасли высока доля импорта и экспорта. Гелий используется практически во всех странах, но лишь немногие обладают его запасами.

Гелий имеет широкий спектр применения и будет использоваться во всё большем количестве областей. Учитывая дефицит природных ресурсов, спрос на гелий, вероятно, будет расти в будущем, что потребует поиска подходящих 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.).

Отрасль подвержена влиянию экономики и политики. По мере восстановления мировой экономики всё больше людей обеспокоены повышением экологических стандартов, особенно в слаборазвитых регионах с большой численностью населения и быстрым экономическим ростом, поэтому спрос на гелий будет расти.

В настоящее время крупнейшими мировыми производителями являются Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz), «Газпром» (Ru) и др. В 2020 году доля продаж шести крупнейших производителей превысит 74%. Ожидается, что в ближайшие годы конкуренция в отрасли обострится.

Криогенное оборудование HL

В связи с дефицитом ресурсов жидкого гелия и ростом его цен важно сократить потери и рекуперацию жидкого гелия в процессе его использования и транспортировки.

Компания HL Cryogenic Equipment, основанная в 1992 году, является дочерней компанией HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd.). HL Cryogenic Equipment занимается разработкой и производством криогенных трубопроводных систем с высоковакуумной изоляцией и сопутствующего вспомогательного оборудования для удовлетворения различных потребностей клиентов. Вакуумно-изолированные трубы и гибкие шланги изготавливаются из высоковакуумных и многослойных специальных изоляционных материалов, подвергаются серии строжайшей технической обработке и обработке в условиях высокого вакуума. Они используются для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, сжиженного этилена (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 крайне строгих технических обработок, используется для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, LEG и LNG. Данная продукция используется для криогенного оборудования (например, криогенных резервуаров, сосудов Дьюара и холодильных боксов и т. д.) в отраслях воздухоразделения, газовой промышленности, авиации, электроники, производства сверхпроводников, микросхем, автоматизированной сборки, пищевой промышленности, фармацевтики, больниц, биобанков, резины, производства новых материалов, химической промышленности, черной металлургии, а также в научных исследованиях и т. д.

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