Hel to pierwiastek chemiczny o symbolu He i liczbie atomowej 2. Jest to rzadki gaz atmosferyczny, bezbarwny, bez smaku, bez smaku, nietoksyczny, niepalny, słabo rozpuszczalny w wodzie.Stężenie helu w atmosferze wynosi 5,24 x 10-4 objętościowo.Ma najniższe temperatury wrzenia i topnienia ze wszystkich pierwiastków i istnieje tylko jako gaz, z wyjątkiem ekstremalnie niskich temperatur.

Hel jest transportowany głównie w postaci gazowej lub ciekłej i jest używany w reaktorach jądrowych, półprzewodnikach, laserach, żarówkach, nadprzewodnictwie, oprzyrządowaniu, półprzewodnikach i światłowodach, kriogenicznych, MRI i badaniach laboratoryjnych R&D.

Niskotemperaturowe źródło zimna

Hel jest używany jako kriogeniczny czynnik chłodzący do kriogenicznych źródeł chłodzenia, takich jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), spektroskopia jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR), nadprzewodzący kwantowy akcelerator cząstek, wielki zderzacz hadronów, interferometr (SQUID), elektronowy rezonans spinowy (ESR) i nadprzewodnikowe magazynowanie energii magnetycznej (SMES), generatory nadprzewodzące MHD, czujnik nadprzewodzący, przenoszenie mocy, transport maglev, spektrometr mas, magnes nadprzewodzący, separatory silnego pola magnetycznego, magnesy nadprzewodzące pola pierścieniowego do reaktorów termojądrowych i inne badania kriogeniczne.Hel chłodzi kriogeniczne materiały nadprzewodzące i magnesy do wartości bliskich zera absolutnego, w którym to momencie rezystancja nadprzewodnika nagle spada do zera.Bardzo niska rezystancja nadprzewodnika tworzy silniejsze pole magnetyczne.W przypadku sprzętu do rezonansu magnetycznego stosowanego w szpitalach, silniejsze pola magnetyczne dają więcej szczegółów na obrazach radiograficznych.

Hel jest używany jako super chłodziwo, ponieważ hel ma najniższe temperatury topnienia i wrzenia, nie krzepnie przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 0 K, a hel jest chemicznie obojętny, co sprawia, że ​​prawie niemożliwe jest reagowanie z innymi substancjami.Ponadto hel staje się nadciekły poniżej 2,2 kelwina.Do tej pory wyjątkowa ultramobilność nie była wykorzystywana w żadnym zastosowaniu przemysłowym.W temperaturach poniżej 17 kelwinów nie ma substytutu dla helu jako czynnika chłodniczego w źródle kriogenicznym.

Aeronautyka i Astronautyka

Hel jest również używany 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 jest bardziej wyporny i ma mniejszą szybkość ucieczki z membrany.Innym wtórnym zastosowaniem jest technologia rakietowa, w której hel jest używany jako środek stratny do wypierania paliwa i utleniacza w zbiornikach magazynowych oraz skraplania wodoru i tlenu w celu wytworzenia paliwa rakietowego.Może być również używany do usuwania paliwa i utleniacza ze sprzętu do obsługi naziemnej przed startem, a także może wstępnie schładzać ciekły wodór 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 wycieków rurociągów i analiza wykrywania

Innym przemysłowym zastosowaniem helu jest wykrywanie nieszczelności.Wykrywanie nieszczelności służy do wykrywania nieszczelności w systemach zawierających ciecze i gazy.Ponieważ hel dyfunduje przez ciała stałe trzy razy szybciej niż powietrze, jest używany jako gaz wskaźnikowy do wykrywania nieszczelności w urządzeniach wysokopróżniowych (takich jak zbiorniki kriogeniczne) i zbiornikach wysokociśnieniowych.Obiekt umieszcza się w komorze, którą następnie opróżnia się i napełnia helem.Nawet przy szybkości wycieku wynoszącej zaledwie 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s) hel wydostający się przez nieszczelność może zostać wykryty przez czułe urządzenie (spektrometr masowy helu).Procedura pomiarowa jest zwykle zautomatyzowana i nosi nazwę testu całkowania helu.Inną, prostszą metodą jest wypełnienie badanego obiektu helem i ręczne wyszukanie wycieków za pomocą ręcznego urządzenia.

Hel jest używany do wykrywania nieszczelności, ponieważ jest najmniejszą cząsteczką i jest cząsteczką jednoatomową, więc hel łatwo wycieka.Podczas wykrywania nieszczelności obiekt jest napełniany gazowym helem, aw przypadku wystąpienia nieszczelności spektrometr masowy helu będzie w stanie wykryć lokalizację nieszczelności.Hel może być używany do wykrywania nieszczelności w rakietach, zbiornikach paliwa, wymiennikach ciepła, przewodach gazowych, elektronice, lampach TELEWIZYJNYCH i innych elementach produkcyjnych.Wykrywanie wycieków za pomocą helu zostało po raz pierwszy użyte 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

Gazowy hel jest używany jako gaz ochronny w spawaniu łukowym i spawaniu plazmowym ze względu na wyższą energię potencjalną jonizacji niż inne atomy.Gazowy hel 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 tytan-hel) nie można zastąpić podczas spawania łukiem plazmowym.Ponieważ hel jest jedynym gazem, 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.Ta cecha jest szczególnie ważna w spawalniczych gazach ochronnych.

Hel również dobrze przewodzi ciepło.Z tego powodu jest powszechnie stosowany w spoinach, w których wymagana jest większa ilość wprowadzanego ciepła w celu poprawy zwilżalności spoiny.Hel jest również przydatny do przyspieszania.

Hel jest zwykle mieszany z argonem w różnych ilościach w mieszaninie gazu ochronnego, aby w pełni wykorzystać dobre właściwości obu gazów.Na przykład hel działa jak gaz ochronny, który pomaga zapewnić szersze i płytsze tryby penetracji podczas spawania.Ale hel nie zapewnia czyszczenia, które zapewnia argon.

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

Elektroniczny przemysł półprzewodnikowy

Jako gaz obojętny hel jest tak stabilny, że prawie nie reaguje z innymi pierwiastkami.Ta właściwość sprawia, że ​​jest używany jako osłona w spawaniu łukowym (aby zapobiec zanieczyszczeniu powietrza tlenem).Hel ma również inne krytyczne zastosowania, takie jak produkcja półprzewodników i światłowodów.Ponadto może zastąpić azot w nurkowaniu głębokim, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków azotu w krwioobiegu, zapobiegając w ten sposób chorobie nurkowej.

Globalny wolumen sprzedaży helu (2016-2027)

Globalny rynek helu osiągnął 1825,37 mln USD w 2020 r. i oczekuje się, że osiągnie 2742,04 mln USD w 2027 r., przy skumulowanej rocznej stopie wzrostu (CAGR) na poziomie 5,65% (2021-2027).Branżę cechuje duża niepewność w nadchodzących latach.Dane prognozy na lata 2021-2027 w tym artykule oparte są na rozwoju historycznym z ostatnich kilku lat, opiniach ekspertów branżowych oraz opiniach analityków w tym artykule.

Przemysł helowy jest silnie skoncentrowany, pozyskiwany z zasobów naturalnych i ma ograniczonych 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 zwykle nie są one blisko swoich docelowych rynków konsumenckich.Dlatego produkt ma wysoki koszt transportu.

Od pierwszych pięciu lat produkcja rosła bardzo powoli.Hel jest nieodnawialnym źródłem energii, aw krajach produkujących istnieje polityka mająca na celu zapewnienie jego dalszego wykorzystania.Niektórzy przewidują, że w przyszłości zabraknie helu.

Przemysł ma wysoki udział importu i eksportu.Prawie wszystkie kraje używają helu, ale tylko nieliczne mają jego rezerwy.

Hel ma szeroki zakres zastosowań i będzie dostępny w coraz większej liczbie dziedzin.Biorąc pod uwagę niedobór zasobów naturalnych, popyt 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 wpływają ekonomia i polityka.Wraz z odbudową światowej gospodarki coraz więcej ludzi troszczy się o poprawę standardów środowiskowych, zwłaszcza w słabo rozwiniętych regionach o dużej populacji i szybkim wzroście gospodarczym, zapotrzebowanie na hel będzie rosło.

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

Sprzęt kriogeniczny HL

Ze względu na kurczące się zasoby ciekłego helu i rosnącą cenę ważne jest ograniczenie strat i odzysku ciekłego helu w procesie jego użytkowania i transportu.

HL Cryogenic Equipment, która została założona w 1992 roku, jest marką powiązaną z HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd.Firma HL Cryogenic Equipment jest zaangażowana w projektowanie i produkcję systemu rurociągów kriogenicznych z izolacją wysokopróżniową i powiązanego sprzętu pomocniczego w celu zaspokojenia różnych potrzeb klientów.Rura z izolacją próżniową i elastyczny wąż są zbudowane z wysokiej próżni i wielowarstwowych, wieloekranowych specjalnych izolowanych materiałów i przechodzą przez szereg niezwykle surowych zabiegów technicznych i obróbki w wysokiej próżni, która służy do przenoszenia ciekłego tlenu, ciekłego azotu , ciekły argon, ciekły wodór, ciekły hel, skroplony gaz etylenowy LEG i skroplony gaz ziemny LNG.

Serie produktów rur z płaszczem próżniowym, węża z płaszczem próżniowym, zaworu z płaszczem próżniowym i separatora faz w firmie HL Cryogenic Equipment Company, które przeszły szereg niezwykle surowych zabiegów technicznych, są wykorzystywane do przenoszenia ciekłego tlenu, ciekłego azotu, ciekłego argonu, ciekły wodór, ciekły hel, LEG i LNG, a produkty te są serwisowane dla urządzeń kriogenicznych (np. zbiorników kriogenicznych, dewarów i chłodni itp.) w branżach separacji powietrza, gazów, lotnictwa, elektroniki, nadprzewodników, układów scalonych, montażu automatyki, żywności i napoje, apteka, szpital, biobank, guma, inżynieria chemiczna do produkcji nowych materiałów, żelazo i stal oraz badania naukowe itp.

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