Гелий — химический элемент с символом He и атомным номером 2. Это редкий атмосферный газ, бесцветный, безвкусный, безвкусный, нетоксичный, негорючий, лишь слабо растворимый в воде. Концентрация гелия в атмосфере составляет 5,24 х 10-4 объемных процентов. Он имеет самые низкие температуры кипения и плавления среди всех элементов и существует только в виде газа, за исключением чрезвычайно 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, криогенных технологиях, МРТ и лабораторных исследованиях.

Низкотемпературный источник холода

Гелий используется в качестве криогенного теплоносителя для источников криогенного охлаждения, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), сверхпроводящий ускоритель квантовых частиц, большой адронный коллайдер, интерферометр (СКВИД), электронный спиновый резонанс (ЭПР). и сверхпроводящее накопление магнитной энергии (SMES), сверхпроводящие генераторы МГД, сверхпроводящие датчики, передача энергии, транспортировка на магнитной подвеске, масс-спектрометр, сверхпроводящий магнит, сепараторы сильных магнитных полей, сверхпроводящие магниты с кольцевым полем для термоядерных реакторов и другие криогенные исследования. Гелий охлаждает криогенные сверхпроводящие материалы и магниты почти до абсолютного нуля, после чего сопротивление сверхпроводника внезапно падает до нуля. Очень низкое сопротивление сверхпроводника создает более мощное магнитное поле. В случае с оборудованием МРТ, используемым в больницах, более сильные магнитные поля обеспечивают большую детализацию рентгенографических изображений.

Гелий используется в качестве суперохладителя, поскольку гелий имеет самые низкие температуры плавления и кипения, не затвердевает при атмосферном давлении и температуре 0 К, а также гелий 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 уникальная сверхмобильность не использовалась ни в одном промышленном применении. При температурах ниже 17 Кельвинов гелий в качестве хладагента в криогенном источнике не заменим.

Аэронавтика и космонавтика

Гелий также используется в воздушных шарах и дирижаблях. Поскольку гелий легче воздуха, дирижабли и воздушные шары наполняются гелием. Преимущество гелия состоит в том, что он негорючий, хотя водород более плавучий и имеет меньшую скорость выхода из мембраны. Другое вторичное применение - ракетная технология, 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 «Сатурн-5», использовавшейся в программе «Аполлон», для запуска требовалось около 370 000 кубических метров (13 миллионов кубических футов) гелия.

Обнаружение утечек в трубопроводе и анализ обнаружения

Еще одно промышленное применение гелия — 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, его используют в качестве индикаторного газа для обнаружения утечек в оборудовании с высоким вакуумом (например, криогенных резервуарах) и сосудах высокого давления. Объект помещается в камеру, которая затем вакуумируется и заполняется гелием. Даже при скорости утечки всего 10-9 мбар•л/с (10-10 Па•м3/с) выход гелия через утечку можно обнаружить с помощью чувствительного устройства (гелиевого масс-спектрометра). Процедура измерения обычно автоматизирована и называется тестом интеграции гелия. Другой, более простой метод — заполнить рассматриваемый объект гелием и вручную найти утечку с помощью портативного устройства.

Гелий используется для обнаружения утечек, поскольку это самая маленькая и одноатомная молекула, поэтому гелий легко утекает. Газообразный гелий заливается в объект во время обнаружения утечки, и если утечка произойдет, гелиевый масс-спектрометр сможет обнаружить место утечки. Гелий можно использовать для обнаружения утечек в ракетах, топливных баках, теплообменниках, газопроводах, 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

Газообразный гелий используется в качестве защитного газа при дуговой и плазменной сварке из-за его более высокой потенциальной энергии ионизации, чем у других атомов. Газообразный гелий вокруг сварного шва предотвращает окисление металла в расплавленном состоянии. Высокая потенциальная энергия ионизации гелия позволяет плазменно-дуговую 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-гелий) нельзя заменить при плазменно-дуговой сварке. Потому что 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 при воздействии других веществ. Эта характеристика особенно важна для сварочных защитных газов.

Гелий также хорошо проводит тепло. Вот почему его обычно используют при сварке, где для улучшения смачиваемости сварного шва требуется более высокое тепловложение. Гелий также полезен при превышении скорости.

Гелий обычно смешивают с аргоном в различных количествах в смеси защитных газов, чтобы в полной мере использовать хорошие свойства обоих газов. Например, гелий действует как защитный газ, помогая обеспечить более широкий и неглубокий провар во время сварки. Но гелий не обеспечивает такую ​​очистку, как аргон.

В результате производители металлов часто рассматривают смешивание аргона с гелием как часть своего рабочего процесса. Для дуговой сварки металлом в среде защитного газа гелий может составлять от 25% до 75% газовой смеси в смеси гелий/аргон. 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 почти не реагирует ни с какими другими элементами. Это свойство позволяет использовать его в качестве защитного экрана 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 заменить азот при глубоководных погружениях, предотвращая образование пузырьков азота в кровотоке и тем самым предотвращая ныряющую болезнь.

Мировой объем продаж гелия (2016-2027 гг.)

Мировой рынок гелия достиг 1825,37 миллиона долларов США в 2020 году и, как ожидается, достигнет 2742,04 миллиона долларов США в 2027 году при совокупном годовом темпе роста (CAGR) 5,65% (2021-2027 годы). В ближайшие годы в отрасли существует большая неопределенность. Данные прогноза 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 отличается высокой концентрацией, добывается из природных ресурсов и имеет ограниченное количество мировых производителей, в основном в США, России, Катаре и Алжире. В мире потребительский сектор сконцентрирован в США, Китае, Европе и так далее. Соединенные Штаты имеют давнюю историю и непоколебимую позицию в отрасли.

Многие компании имеют несколько заводов, но они обычно не расположены близко к целевым потребительским рынкам. Поэтому стоимость транспортировки продукта высока.

Начиная с первых пяти лет производство росло очень медленно. Гелий является невозобновляемым источником энергии, и в странах-производителях существует политика, обеспечивающая его дальнейшее использование. Некоторые предсказывают, что в будущем гелий закончится.

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 нехватку природных ресурсов, спрос на гелий, вероятно, увеличится в будущем, что потребует соответствующих альтернатив. Ожидается, что цены на гелий продолжат расти с 2021 по 2026 год: с $13,53/м3 (2020 г.) до $19,09/м3 (2027 г.).

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

В настоящее время в число крупнейших мировых производителей входят Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) и Газпром (Ru) и др. В 2020 году доля продаж топ-6 производителей превысит 74%. Ожидается, что в ближайшие несколько лет конкуренция в отрасли станет более жесткой.

Криогенное оборудование HL

Из-за нехватки ресурсов жидкого гелия и растущей цены важно уменьшить потери и восстановление жидкого гелия в процессе его использования и транспортировки.

HL Cryogenic Equipment, основанная в 1992 году, является брендом, дочерним предприятием HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. Компания HL Cryogenic Equipment занимается разработкой и производством криогенных трубопроводов с высоковакуумной изоляцией и сопутствующего вспомогательного оборудования для удовлетворения различных потребностей клиентов. Труба с вакуумной изоляцией и гибкий шланг изготовлены из многослойных многоэкранных специальных изоляционных материалов и проходят серию чрезвычайно строгих технических процедур и обработку в высоком вакууме, которая используется для передачи жидкого кислорода и жидкого азота. , жидкий аргон, жидкий водород, жидкий гелий, сжиженный этиленовый газ LEG и сжиженный природный газ LNG.

Серия продуктов компании HL Cryogenic Equipment Company: трубы с вакуумной рубашкой, шланги с вакуумной рубашкой, клапан с вакуумной рубашкой и фазовый сепаратор, прошедшие ряд чрезвычайно строгих технических обработок, используются для транспортировки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкий водород, жидкий гелий, LEG и LNG, и эта продукция обслуживается для криогенного оборудования (например, криогенных резервуаров, сосудов Дьюара и холодильных камер и т. д.) в отраслях разделения воздуха, газов, авиации, электроники, сверхпроводников, микросхем, сборки автоматики, пищевой и напитки, аптека, больница, биобанк, каучук, производство новых материалов, химическое машиностроение, железо и сталь, научные исследования и т. д.

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