Helium er et kemisk element med symbolet He og atomnummer 2. Det er en sjælden atmosfærisk gas, farveløs, smagløs, ugiftig, ikke-brandbar og kun let opløselig i vand. Heliumkoncentrationen i atmosfæren er 5,24 x 10⁻⁴ i volumenprocent. Det har de laveste koge- og smeltepunkter af alle elementer og eksisterer kun som gas, undtagen under ekstremt kolde forhold.

Helium transporteres primært som gasformig eller flydende helium og anvendes i atomreaktorer, halvledere, lasere, pærer, superledning, instrumentering, halvledere og fiberoptik, kryogen, MRI og laboratorieforskning.

Den lave temperatur kuldekilde

Helium bruges som et kryogent kølemiddel til kryogene kølekilder, såsom magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi, superledende kvantepartikelaccelerator, den store hadronkollider, interferometer (SQUID), elektronspinresonans (ESR) og superledende magnetisk energilagring (SMES), MHD superledende generatorer, superledende sensorer, kraftoverførsel, maglev-transport, massespektrometer, superledende magnet, stærke magnetfeltseparatorer, ringformede superledende magneter til fusionsreaktorer og anden kryogen forskning. Helium køler kryogene superledende materialer og magneter til næsten det absolutte nulpunkt, hvor superlederens modstand pludselig falder til nul. Den meget lave modstand i en superleder skaber et kraftigere magnetfelt. I tilfælde af MRI-udstyr, der anvendes på hospitaler, producerer stærkere magnetfelter flere detaljer i radiografiske billeder.

Helium bruges som superkølemiddel, fordi helium har de laveste smelte- og kogepunkter, ikke størkner ved atmosfærisk tryk og 0 K, og helium er kemisk inert, hvilket gør det næsten umuligt at reagere med andre stoffer. Derudover bliver helium superflydende under 2,2 Kelvin. Indtil nu er den unikke ultramobilitet ikke blevet udnyttet i nogen industriel anvendelse. Ved temperaturer under 17 Kelvin er der ingen erstatning for helium som kølemiddel i den kryogene kilde.

Luftfart og rumfart

Helium bruges også i balloner og luftskibe. Fordi helium er lettere end luft, er luftskibe og balloner fyldt med helium. Helium har den fordel, at det ikke er brandbart, selvom brint er mere opdriftsdygtigt og har en lavere undslipningsrate fra membranen. En anden sekundær anvendelse er inden for raketteknologi, hvor helium bruges som et tabsmedium til at fortrænge brændstof og oxidationsmiddel i lagertanke og kondensere brint og ilt for at lave raketbrændstof. Det kan også bruges til at fjerne brændstof og oxidationsmiddel fra jordbaseret udstyr før opsendelse og kan forkøle flydende brint i rumfartøjet. I Saturn V-raketten, der blev brugt i Apollo-programmet, var der behov for omkring 370.000 kubikmeter (13 millioner kubikfod) helium til opsendelse.

Lækagedetektering og -detekteringsanalyse i rørledninger

En anden industriel anvendelse af helium er lækagedetektering. Lækagedetektering bruges til at detektere lækager i systemer, der indeholder væsker og gasser. Fordi helium diffunderer gennem faste stoffer tre gange hurtigere end luft, bruges det som sporgas til at detektere lækager i højvakuumudstyr (såsom kryogene tanke) og højtryksbeholdere. Objektet placeres i et kammer, som derefter evakueres og fyldes med helium. Selv ved lækagehastigheder så lave som 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) kan helium, der slipper ud gennem lækagen, detekteres af en følsom enhed (et heliummassespektrometer). Måleproceduren er normalt automatiseret og kaldes heliumintegrationstesten. En anden, enklere metode er at fylde det pågældende objekt med helium og manuelt søge efter lækager ved hjælp af en håndholdt enhed.

Helium bruges til lækagedetektering, fordi det er det mindste molekyle og et monoatomisk molekyle, så helium lækker let. Heliumgas fyldes i objektet under lækagedetektering, og hvis der opstår en lækage, vil heliummassespektrometeret være i stand til at detektere lækagens placering. Helium kan bruges til at detektere lækager i raketter, brændstoftanke, varmevekslere, gasledninger, elektronik, TV-rør og andre produktionskomponenter. Lækagedetektering ved hjælp af helium blev først brugt under Manhattan-projektet til at detektere lækager på uranberigelsesanlæg. Lækagedetekteringshelium kan erstattes med brint, nitrogen eller en blanding af brint og nitrogen.

Svejsning og metalbearbejdning

Heliumgas bruges som beskyttelsesgas i lysbuesvejsning og plasmasvejsning på grund af dens højere ioniseringspotentialeenergi end andre atomer. Heliumgas omkring svejsningen forhindrer metallet i at oxidere i smeltet tilstand. Heliums høje ioniseringspotentialeenergi muliggør plasmasvejsning af forskellige metaller, der anvendes i byggeri, skibsbygning og luftfart, såsom titanium-, zirconium-, magnesium- og aluminiumlegeringer. Selvom helium i beskyttelsesgassen kan erstattes af argon eller hydrogen, kan nogle materialer (såsom titaniumhelium) ikke erstattes til plasmasvejsning. Fordi helium er den eneste gas, der er sikker ved høje temperaturer.

Et af de mest aktive udviklingsområder er svejsning af rustfrit stål. Helium er en inert gas, hvilket betyder, at den ikke undergår nogen kemiske reaktioner, når den udsættes for andre stoffer. Denne egenskab er især vigtig i svejsebeskyttelsesgasser.

Helium leder også varme godt. Derfor bruges det ofte i svejsninger, hvor der kræves en højere varmetilførsel for at forbedre svejsningens befugtbarhed. Helium er også nyttigt til hurtigere svejsning.

Helium blandes normalt med argon i varierende mængder i den beskyttende gasblanding for at udnytte begge gassers gode egenskaber fuldt ud. Helium fungerer for eksempel som en beskyttende gas, der hjælper med at give bredere og mere overfladiske indtrængningsmåder under svejsning. Men helium giver ikke den samme rengøring som argon.

Som følge heraf overvejer metalproducenter ofte at blande argon med helium som en del af deres arbejdsproces. Ved gasbeskyttet metalbuesvejsning kan helium udgøre 25% til 75% af gasblandingen i helium/argon-blandingen. Ved at justere sammensætningen af ​​den beskyttende gasblanding kan svejseren påvirke varmefordelingen af ​​svejsemetallet, hvilket igen påvirker formen af ​​svejsemetallets tværsnit og svejsehastigheden.

Elektronisk halvlederindustri

Som en inert gas er helium så stabilt, at det næsten ikke reagerer med andre grundstoffer. Denne egenskab gør det brugt som et skjold i lysbuesvejsning (for at forhindre forurening af ilt i luften). Helium har også andre kritiske anvendelser, såsom halvledere og fremstilling af optiske fibre. Derudover kan det erstatte nitrogen i dybdedykning for at forhindre dannelsen af ​​nitrogenbobler i blodbanen og dermed forebygge dykkersyge.

Globalt heliumsalgsvolumen (2016-2027)

Det globale heliummarked nåede 1.825,37 millioner amerikanske dollars i 2020 og forventes at nå 2.742,04 millioner amerikanske dollars i 2027 med en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 5,65 % (2021-2027). Branchen er præget af stor usikkerhed i de kommende år. Prognosedataene for 2021-2027 i denne artikel er baseret på den historiske udvikling i de seneste par år, brancheeksperters meninger og analytikernes meninger i denne artikel.

Heliumindustrien er stærkt koncentreret, udvindes fra naturressourcer og har begrænsede globale producenter, primært i USA, Rusland, Qatar og Algeriet. I verden er forbrugersektoren koncentreret i USA, Kina og Europa osv. USA har en lang historie og en urokkelig position i branchen.

Mange virksomheder har flere fabrikker, men de er normalt ikke tæt på deres målmarkeder. Derfor har produktet en høj transportomkostning.

Siden de første fem år er produktionen vokset meget langsomt. Helium er en ikke-vedvarende energikilde, og der er politikker på plads i producentlandene for at sikre dens fortsatte anvendelse. Nogle forudsiger, at helium vil løbe tør i fremtiden.

Industrien har en høj andel af import og eksport. Næsten alle lande bruger helium, men kun få har heliumreserver.

Helium har en bred vifte af anvendelser og vil være tilgængeligt inden for flere og flere områder. I betragtning af knappheden på naturressourcer vil efterspørgslen efter helium sandsynligvis stige i fremtiden, hvilket kræver passende alternativer. Heliumpriserne forventes at fortsætte med at stige fra 2021 til 2026, fra 13,53 USD/m3 (2020) til 19,09 USD/m3 (2027).

Industrien påvirkes af økonomi og politik. Efterhånden som den globale økonomi kommer sig, er flere og flere mennesker bekymrede over at forbedre miljøstandarderne, især i underudviklede regioner med store befolkninger og hurtig økonomisk vækst, hvor efterspørgslen efter helium vil stige.

I øjeblikket omfatter de største globale producenter Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) og Gazprom (Ru) osv. I 2020 vil salgsandelen for de 6 største producenter overstige 74%. Det forventes, at konkurrencen i branchen vil blive mere intens i de næste par år.

HL Kryogenisk Udstyr

På grund af manglen på flydende heliumressourcer og den stigende pris er det vigtigt at reducere tabet og genvindingen af ​​flydende helium i forbindelse med brug og transport.

HL Cryogenic Equipment, der blev grundlagt i 1992, er et brand tilknyttet HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment er dedikeret til design og fremstilling af højvakuumisolerede kryogene rørsystemer og relateret supportudstyr for at imødekomme kundernes forskellige behov. De vakuumisolerede rør og fleksible slanger er konstrueret i et højvakuum- og flerlags multiskærms specialisoleret materiale og gennemgår en række ekstremt strenge tekniske behandlinger og højvakuumbehandling, der bruges til overførsel af flydende ilt, flydende nitrogen, flydende argon, flydende brint, flydende helium, flydende ethylengas LEG og flydende naturgas LNG.

Produktserien af ​​vakuumkapperør, vakuumkappeslange, vakuumkappeventil og faseseparator fra HL Cryogenic Equipment Company, som har gennemgået en række ekstremt strenge tekniske behandlinger, anvendes til overførsel af flydende ilt, flydende nitrogen, flydende argon, flydende brint, flydende helium, LEG og LNG, og disse produkter serviceres til kryogent udstyr (f.eks. kryogentanke, dewar-tanke og kølebokse osv.) i industrier inden for luftseparation, gasser, luftfart, elektronik, superledere, chips, automatiseringsmontering, fødevarer og drikkevarer, apoteker, hospitaler, biobanker, gummi, fremstilling af nye materialer, kemiteknik, jern og stål og videnskabelig forskning osv.

HL Cryogenic Equipment Company er blevet kvalificeret leverandør/forhandler af Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani og Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) osv.