Hel to pierwiastek chemiczny o symbolu He i liczbie atomowej 2. Jest to rzadki gaz atmosferyczny, bezbarwny, bez smaku, bez smaku, nietoksyczny, niepalny, tylko słabo rozpuszczalny w wodzie. Stężenie helu w atmosferze wynosi 5,24 x 10-4 w procentach objętościowych. Ma najniższą temperaturę wrzenia i topnienia ze wszystkich pierwiastków i występuje tylko w postaci gazu, z wyjątkiem bardzo niskich temperatur.

Hel jest transportowany głównie w postaci gazowej lub ciekłej i jest stosowany w reaktorach jądrowych, półprzewodnikach, laserach, żarówkach, nadprzewodnictwie, oprzyrządowaniu, półprzewodnikach i światłowodach, kriogenice, MRI oraz badaniach laboratoryjnych badawczo-rozwojowych.

Źródło zimna o niskiej temperaturze

Hel jest stosowany jako kriogeniczne chłodziwo w kriogenicznych źródłach chłodzenia, takich jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), nadprzewodzący akcelerator cząstek kwantowych, duży zderzacz hadronów, interferometr (SQUID), rezonans spinowy elektronu (ESR). oraz nadprzewodzące magazyny energii magnetycznej (SMES), generatory nadprzewodzące MHD, czujniki nadprzewodzące, przenoszenie mocy, transport maglev, spektrometr mas, magnes nadprzewodzący, separatory silnego pola magnetycznego, magnesy nadprzewodzące z polem pierścieniowym do reaktorów termojądrowych i innych badań kriogenicznych. Hel chłodzi kriogeniczne materiały nadprzewodnikowe i magnesy do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, w którym to momencie opór nadprzewodnika nagle spada do zera. Bardzo niska rezystancja nadprzewodnika wytwarza silniejsze pole magnetyczne. W przypadku sprzętu MRI stosowanego w szpitalach silniejsze pola magnetyczne dają więcej szczegółów na obrazach radiograficznych.

Hel stosowany jest jako superchłodziwo, ponieważ ma najniższą temperaturę topnienia i wrzenia, nie krzepnie pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze 0 K, a hel jest chemicznie obojętny, przez co prawie niemożliwym jest reagowanie z innymi substancjami. Ponadto hel staje się nadciekły poniżej 2,2 Kelwina. Do tej pory wyjątkowa ultramobilność nie została wykorzystana w żadnym zastosowaniu przemysłowym. W temperaturach poniżej 17 kelwinów nie ma substytutu helu jako czynnika chłodniczego w źródle kriogenicznym.

Aeronautyka i Astronautyka

Hel jest również stosowany w balonach i sterowcach. Ponieważ hel jest lżejszy od powietrza, sterowce i balony są wypełnione helem. Hel ma tę zaletę, że jest niepalny, chociaż wodór ma większą wyporność i ma mniejszą szybkość ucieczki z membrany. Innym drugorzędnym zastosowaniem jest technologia rakietowa, gdzie hel wykorzystuje się jako medium stratne do wypierania paliwa i utleniacza w zbiornikach magazynujących oraz do kondensacji wodoru i tlenu w celu wytworzenia paliwa rakietowego. Można go również wykorzystać do usuwania paliwa i utleniacza z naziemnego sprzętu pomocniczego przed startem, a także do wstępnego chłodzenia ciekłego wodoru w statku kosmicznym. W rakiecie Saturn V używanej w programie Apollo do wystrzelenia potrzebne było około 370 000 metrów sześciennych (13 milionów stóp sześciennych) helu.

Wykrywanie i analiza nieszczelności rurociągów

Innym przemysłowym zastosowaniem helu jest wykrywanie nieszczelności. Wykrywanie nieszczelności służy do wykrywania nieszczelności w układach zawierających ciecze i gazy. Ponieważ hel dyfunduje przez ciała stałe trzy razy szybciej niż powietrze, wykorzystuje się go jako gaz znakujący do wykrywania nieszczelności w urządzeniach wytwarzających wysoką próżnię (takich jak zbiorniki kriogeniczne) i zbiornikach wysokociśnieniowych. Obiekt umieszcza się w komorze, którą następnie opróżnia się i napełnia helem. Nawet przy natężeniu wycieku tak niskim, jak 10-9 mbar·L/s (10-10 Pa·m3 / s), hel wydostający się przez nieszczelność można wykryć za pomocą czułego urządzenia (spektrometru mas helu). Procedura pomiarowa jest zwykle zautomatyzowana i nazywa się testem integracji helu. Inną, prostszą metodą jest napełnienie danego obiektu helem i ręczne poszukiwanie nieszczelności za pomocą urządzenia przenośnego.

Hel służy do wykrywania nieszczelności, ponieważ jest najmniejszą cząsteczką i jest cząsteczką jednoatomową, więc hel łatwo wycieka. Podczas wykrywania nieszczelności obiekt jest wypełniany helem, a jeśli wyciek nastąpi, spektrometr mas helu będzie w stanie wykryć lokalizację wycieku. Hel można stosować do wykrywania nieszczelności rakiet, zbiorników paliwa, wymienników ciepła, przewodów gazowych, elektroniki, lamp telekomunikacyjnych i innych elementów produkcyjnych. Wykrywanie wycieków przy użyciu helu zostało po raz pierwszy zastosowane podczas projektu Manhattan do wykrywania wycieków w zakładach wzbogacania uranu. Hel do wykrywania nieszczelności można zastąpić wodorem, azotem lub mieszaniną wodoru i azotu.

Spawanie i obróbka metali

Hel jest używany jako gaz ochronny podczas spawania łukowego i spawania łukiem plazmowym ze względu na jego wyższą energię potencjalną jonizacji niż inne atomy. Gaz helowy wokół spoiny zapobiega utlenianiu metalu w stanie stopionym. Wysoka energia potencjalna jonizacji helu umożliwia spawanie łukiem plazmowym różnych metali stosowanych w budownictwie, przemyśle stoczniowym i lotniczym, takich jak stopy tytanu, cyrkonu, magnezu i aluminium. Chociaż hel w gazie osłonowym można zastąpić argonem lub wodorem, niektórych materiałów (takich jak hel tytanowy) nie można zastąpić podczas spawania łukiem plazmowym. Ponieważ hel to jedyny gaz, który jest bezpieczny w wysokich temperaturach.

Jednym z najbardziej aktywnych obszarów rozwoju jest spawanie stali nierdzewnej. Hel jest gazem obojętnym, co oznacza, że ​​nie ulega żadnym reakcjom chemicznym pod wpływem innych substancji. Cecha ta jest szczególnie istotna w przypadku gazów ochronnych do spawania.

Hel również dobrze przewodzi ciepło. Z tego powodu jest powszechnie stosowany w spoinach, w których wymagana jest większa ilość ciepła doprowadzonego w celu poprawy zwilżalności spoiny. Hel przydaje się także przy przekraczaniu prędkości.

Hel zazwyczaj miesza się z argonem w różnych ilościach w mieszaninie gazów ochronnych, aby w pełni wykorzystać dobre właściwości obu gazów. Na przykład hel działa jak gaz ochronny, pomagając zapewnić szerszą i płytszą penetrację podczas spawania. Ale hel nie zapewnia takiego czyszczenia jak argon.

W rezultacie producenci metali często rozważają mieszanie argonu z helem w ramach swojego procesu roboczego. W przypadku spawania łukowego w osłonie gazu, hel może stanowić od 25% do 75% mieszaniny gazów w mieszaninie hel/argon. Dostosowując skład mieszanki gazów ochronnych, spawacz może wpływać na rozkład ciepła w spoinie, co z kolei wpływa na kształt przekroju metalu spoiny i prędkość spawania.

Przemysł półprzewodników elektronicznych

Jako gaz obojętny hel jest tak stabilny, że prawie nie reaguje z innymi pierwiastkami. Ta właściwość sprawia, że ​​stosuje się go jako osłonę przy spawaniu łukowym (aby zapobiec zanieczyszczeniu tlenu w powietrzu). Hel ma również inne krytyczne zastosowania, takie jak produkcja półprzewodników i włókien optycznych. Ponadto może zastąpić azot podczas głębokich nurkowań, zapobiegając tworzeniu się pęcherzyków azotu w krwiobiegu, zapobiegając w ten sposób chorobie nurkowej.

Globalny wolumen sprzedaży helu (2016-2027)

Światowy rynek helu osiągnął wartość 1825,37 mln USD w 2020 r. i oczekuje się, że w 2027 r. osiągnie poziom 2742,04 mln USD, przy złożonej rocznej stopie wzrostu (CAGR) wynoszącej 5,65% (2021–2027). Nadchodzące lata w branży charakteryzują się dużą niepewnością. Przedstawione w niniejszym artykule dane prognozy na lata 2021-2027 opierają się na historycznym rozwoju sytuacji z ostatnich kilku lat, opiniach ekspertów branżowych oraz opiniach analityków zawartych w niniejszym opracowaniu.

Przemysł helu jest wysoce skoncentrowany, pozyskuje się z zasobów naturalnych i ma ograniczoną liczbę światowych producentów, głównie w Stanach Zjednoczonych, Rosji, Katarze i Algierii. Na świecie sektor konsumencki koncentruje się w Stanach Zjednoczonych, Chinach, Europie i tak dalej. Stany Zjednoczone mają długą historię i niezachwianą pozycję w branży.

Wiele firm ma kilka fabryk, ale zazwyczaj nie znajdują się one blisko docelowych rynków konsumenckich. Dlatego produkt ma wysoki koszt transportu.

Od pierwszych pięciu lat produkcja rosła bardzo powoli. Hel jest nieodnawialnym źródłem energii, a w krajach produkujących obowiązują zasady zapewniające jego ciągłe wykorzystanie. Niektórzy przewidują, że hel w przyszłości się skończy.

Przemysł charakteryzuje się wysokim udziałem importu i eksportu. Prawie wszystkie kraje używają helu, ale tylko kilka ma jego rezerwy.

Hel ma szeroki zakres zastosowań i będzie dostępny w coraz większej liczbie dziedzin. Biorąc pod uwagę niedostatek zasobów naturalnych, zapotrzebowanie na hel prawdopodobnie wzrośnie w przyszłości, co będzie wymagało odpowiednich alternatyw. Oczekuje się, że ceny helu będą nadal rosły w latach 2021–2026, z 13,53 USD/m3 (2020) do 19,09 USD/m3 (2027).

Na branżę wpływa ekonomia i polityka. W miarę ożywiania się gospodarki światowej coraz więcej osób obawia się poprawy standardów środowiskowych, zwłaszcza w regionach słabo rozwiniętych, o dużej liczbie ludności i szybkim wzroście gospodarczym, zapotrzebowanie na hel będzie wzrastać.

Obecnie do największych światowych producentów zaliczają się Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) i Gazprom (Ru) itp. W 2020 roku udział w sprzedaży 6 największych producentów przekroczy 74%. Oczekuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat konkurencja w branży będzie się nasilać.

Sprzęt kriogeniczny HL

Ze względu na ograniczone zasoby ciekłego helu i rosnące ceny ważne jest ograniczenie strat i odzysku ciekłego helu w procesie jego wykorzystania i transportu.

Firma HL Cryogenic Equipment została założona w 1992 roku i jest marką stowarzyszoną z firmą HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. Firma HL Cryogenic Equipment zajmuje się projektowaniem i produkcją systemu rurociągów kriogenicznych izolowanych pod wysokim ciśnieniem i powiązanym sprzętem pomocniczym, aby sprostać różnorodnym potrzebom klientów. Izolowana próżniowo rura i elastyczny wąż są zbudowane z wielowarstwowych, wielowarstwowych, specjalnych materiałów izolowanych o wysokiej próżni i przechodzą szereg niezwykle rygorystycznych obróbek technicznych oraz obróbkę w wysokiej próżni, która służy do przenoszenia ciekłego tlenu i ciekłego azotu , ciekły argon, ciekły wodór, ciekły hel, skroplony gaz etylenowy LEG i skroplony gaz ziemny LNG.

Seria produktów obejmująca rurę z płaszczem próżniowym, wąż z płaszczem próżniowym, zawór z płaszczem próżniowym i separator faz w firmie HL Cryogenic Equipment Company, która przeszła szereg niezwykle rygorystycznych obróbek technicznych, służy do przesyłania ciekłego tlenu, ciekłego azotu, ciekłego argonu, ciekły wodór, ciekły hel, LEG i LNG, a produkty te są serwisowane dla urządzeń kriogenicznych (np. zbiorników kriogenicznych, Dewara i coldboxów itp.) w branżach separacji powietrza, gazów, lotnictwa, elektroniki, nadprzewodników, chipów, montażu automatyki, żywności i napoje, apteka, szpital, biobank, guma, produkcja nowych materiałów, inżynieria chemiczna, żelazo i stal oraz badania naukowe itp.

Firma HL Cryogenic Equipment Company została kwalifikowanym dostawcą/sprzedawcą firm Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani i Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) itp.