Hēlijs ir ķīmiskais elements ar simbolu He un atomskaitli 2. Tā ir reta atmosfēras gāze, bezkrāsaina, bezgaršīga, netoksiska, nedegoša, tikai nedaudz šķīst ūdenī. Hēlija koncentrācija atmosfērā ir 5,24 x 10-4 tilpuma procentos. Tam ir viszemākā viršanas un kušanas temperatūra no visiem elementiem, un tas pastāv tikai kā gāze, izņemot ārkārtīgi aukstus apstākļus.

Hēlijs galvenokārt tiek transportēts kā gāzveida vai šķidrs hēlijs, un to izmanto kodolreaktoros, pusvadītājos, lāzeros, spuldzēs, supravadītspējā, instrumentācijā, pusvadītājos un optiskajās šķiedrās, kriogēnajos, MRI un pētniecības un attīstības laboratorijas pētījumos.

Zemas temperatūras aukstuma avots

Hēliju izmanto kā kriogēnu dzesēšanas šķidrumu kriogēnās dzesēšanas avotos, piemēram, magnētiskās rezonanses attēlveidošanā (MRI), kodolmagnētiskās rezonanses (KMR) spektroskopijā, supravadošos kvantu daļiņu paātrinātājos, lielos hadronu paātrinātājos, interferometros (SQUID), elektronu spina rezonanses (ESR) un supravadošos magnētiskās enerģijas uzkrāšanas (SMES), MHD supravadošos ģeneratoros, supravadošos sensoros, enerģijas pārvadē, maglevu transportēšanā, masas spektrometrā, supravadošā magnētā, spēcīga magnētiskā lauka separatoros, gredzenveida lauka supravadošos magnētos kodolsintēzes reaktoriem un citos kriogēnajos pētījumos. Hēlijs atdzesē kriogēnos supravadošos materiālus un magnētus gandrīz līdz absolūtajai nullei, un tad supravadītāja pretestība pēkšņi samazinās līdz nullei. Ļoti zemā supravadītāja pretestība rada jaudīgāku magnētisko lauku. Slimnīcās izmantoto MRI iekārtu gadījumā spēcīgāki magnētiskie lauki rada detalizētākus radiogrāfiskos attēlos.

Hēliju izmanto kā superdzesētāju, jo hēlijam ir viszemākās kušanas un viršanas temperatūras, tas nesacietē atmosfēras spiedienā un 0 K temperatūrā, un hēlijs ir ķīmiski inerts, tāpēc tas gandrīz nereaģē ar citām vielām. Turklāt hēlijs kļūst superšķidrs zem 2,2 kelvina. Līdz šim šī unikālā ultramobilitāte nav izmantota nevienā rūpnieciskā pielietojumā. Temperatūrā zem 17 kelvina kriogēnajā avotā hēlijam kā aukstumaģentam nav aizvietotāja.

Aeronautika un astronautika

Hēliju izmanto arī balonos un dirižabļos. Tā kā hēlijs ir vieglāks par gaisu, dirižabļi un baloni ir piepildīti ar hēliju. Hēlija priekšrocība ir tā, ka tas nav uzliesmojošs, lai gan ūdeņradis ir peldošāks un tam ir mazāks izplūdes ātrums no membrānas. Vēl viens sekundārs pielietojums ir raķešu tehnoloģijā, kur hēliju izmanto kā zudumu vidi, lai izspiestu degvielu un oksidētāju uzglabāšanas tvertnēs un kondensētu ūdeņradi un skābekli, lai ražotu raķešu degvielu. To varētu izmantot arī, lai pirms palaišanas noņemtu degvielu un oksidētāju no zemes atbalsta iekārtām, un to varētu izmantot šķidrā ūdeņraža iepriekšējai atdzesēšanai kosmosa kuģī. Apollo programmā izmantotajā Saturn V raķetē palaišanai bija nepieciešami aptuveni 370 000 kubikmetru (13 miljoni kubikpēdu) hēlija.

Cauruļvadu noplūžu noteikšana un noteikšanas analīze

Vēl viens hēlija rūpnieciskais pielietojums ir noplūžu noteikšana. Noplūžu noteikšanu izmanto, lai atklātu noplūdes sistēmās, kas satur šķidrumus un gāzes. Tā kā hēlijs difundējas caur cietvielām trīs reizes ātrāk nekā gaiss, to izmanto kā marķiergāzi, lai atklātu noplūdes augsta vakuuma iekārtās (piemēram, kriogēnās tvertnēs) un augstspiediena tvertnēs. Objekts tiek ievietots kamerā, kuru pēc tam iztukšo un piepilda ar hēliju. Pat pie tik zema noplūdes ātruma kā 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), hēlija izplūšanu caur noplūdi var noteikt ar jutīgu ierīci (hēlija masas spektrometru). Mērīšanas procedūra parasti ir automatizēta un to sauc par hēlija integrācijas testu. Cita, vienkāršāka metode ir piepildīt attiecīgo objektu ar hēliju un manuāli meklēt noplūdes, izmantojot rokas ierīci.

Hēliju izmanto noplūžu noteikšanai, jo tā ir mazākā molekula un ir monatomiska molekula, tāpēc hēlijs viegli noplūst. Noplūžu noteikšanas laikā objektā iepilda hēlija gāzi, un, ja rodas noplūde, hēlija masas spektrometrs spēs noteikt noplūdes vietu. Hēliju var izmantot, lai noteiktu noplūdes raķetēs, degvielas tvertnēs, siltummaiņos, gāzes vados, elektronikā, TELEVĪZIJAS lampās un citās ražošanas sastāvdaļās. Noplūžu noteikšana, izmantojot hēliju, pirmo reizi tika izmantota Manhetenas projekta laikā, lai atklātu noplūdes urāna bagātināšanas rūpnīcās. Noplūžu noteikšanas hēliju var aizstāt ar ūdeņradi, slāpekli vai ūdeņraža un slāpekļa maisījumu.

Metināšana un metālapstrāde

Hēlija gāze tiek izmantota kā aizsarggāze loka metināšanā un plazmas loka metināšanā, jo tai ir augstāka jonizācijas potenciālā enerģija nekā citiem atomiem. Hēlija gāze ap metinājuma šuvi neļauj metālam oksidēties izkausētā stāvoklī. Hēlija augstā jonizācijas potenciālā enerģija ļauj veikt plazmas loka metināšanu dažādiem metāliem, ko izmanto būvniecībā, kuģu būvē un kosmiskajā aviācijā, piemēram, titāna, cirkonija, magnija un alumīnija sakausējumiem. Lai gan hēliju aizsarggāzē var aizstāt ar argonu vai ūdeņradi, dažus materiālus (piemēram, titāna hēliju) plazmas loka metināšanā nevar aizstāt. Jo hēlijs ir vienīgā gāze, kas ir droša augstās temperatūrās.

Viena no aktīvākajām attīstības jomām ir nerūsējošā tērauda metināšana. Hēlijs ir inerta gāze, kas nozīmē, ka, saskaroties ar citām vielām, tas neveic nekādas ķīmiskas reakcijas. Šī īpašība ir īpaši svarīga metināšanas aizsarggāzēs.

Hēlijs arī labi vada siltumu. Tāpēc to parasti izmanto metināšanas šuvēs, kur nepieciešama lielāka siltuma padeve, lai uzlabotu metinājuma mitrināmību. Hēlijs ir noderīgs arī metināšanas ātruma palielināšanai.

Aizsarggāzes maisījumā hēlijs parasti tiek sajaukts ar argonu dažādos daudzumos, lai pilnībā izmantotu abu gāzu labās īpašības. Piemēram, hēlijs darbojas kā aizsarggāze, lai metināšanas laikā nodrošinātu plašāku un seklāku iespiešanās veidu. Taču hēlijs nenodrošina tādu tīrīšanu kā argons.

Tā rezultātā metālu ražotāji bieži apsver argona sajaukšanu ar hēliju kā daļu no sava darba procesa. Gāzes ekranētā metāla loka metināšanā hēlijs var veidot no 25% līdz 75% no hēlija/argona maisījuma gāzes maisījuma. Pielāgojot aizsarggāzes maisījuma sastāvu, metinātājs var ietekmēt metinājuma siltuma sadalījumu, kas savukārt ietekmē metinājuma metāla šķērsgriezuma formu un metināšanas ātrumu.

Elektronisko pusvadītāju rūpniecība

Kā inerta gāze hēlijs ir tik stabils, ka tas gandrīz nereaģē ar citiem elementiem. Šī īpašība ļauj to izmantot kā aizsargu loka metināšanā (lai novērstu skābekļa piesārņojumu gaisā). Hēlijam ir arī citi svarīgi pielietojumi, piemēram, pusvadītāju un optisko šķiedru ražošanā. Turklāt tas var aizstāt slāpekli dziļajā niršanā, lai novērstu slāpekļa burbuļu veidošanos asinsritē, tādējādi novēršot niršanas slimību.

Globālais hēlija pārdošanas apjoms (2016.–2027. g.)

Globālais hēlija tirgus 2020. gadā sasniedza 1825,37 miljonus ASV dolāru, un tiek prognozēts, ka 2027. gadā tas sasniegs 2742,04 miljonus ASV dolāru, un saliktais gada pieauguma temps (CAGR) būs 5,65% (2021.–2027. gads). Turpmākajos gados nozarei ir liela nenoteiktība. Šajā rakstā sniegtie prognožu dati 2021.–2027. gadam ir balstīti uz pēdējo gadu vēsturisko attīstību, nozares ekspertu viedokļiem un analītiķu viedokļiem.

Hēlija rūpniecība ir ļoti koncentrēta, iegūta no dabas resursiem, un tai ir ierobežots skaits globālu ražotāju, galvenokārt Amerikas Savienotajās Valstīs, Krievijā, Katarā un Alžīrijā. Pasaulē patērētāju sektors ir koncentrēts Amerikas Savienotajās Valstīs, Ķīnā, Eiropā un tā tālāk. Amerikas Savienotajām Valstīm ir sena vēsture un nelokāma pozīcija šajā nozarē.

Daudziem uzņēmumiem ir vairākas rūpnīcas, taču tās parasti neatrodas tuvu mērķa patērētāju tirgiem. Tāpēc produktam ir augstas transporta izmaksas.

Kopš pirmajiem pieciem gadiem ražošana ir pieaugusi ļoti lēni. Hēlijs ir neatjaunojams enerģijas avots, un ražotājvalstīs ir ieviesta politika, lai nodrošinātu tā nepārtrauktu izmantošanu. Daži prognozē, ka hēlija krājumi nākotnē beigsies.

Nozarei ir liela importa un eksporta daļa. Gandrīz visas valstis izmanto hēliju, bet tikai dažām ir hēlija rezerves.

Hēlijam ir plašs pielietojumu klāsts, un tas būs pieejams arvien vairākās nozarēs. Ņemot vērā dabas resursu ierobežotību, pieprasījums pēc hēlija nākotnē, visticamāk, pieaugs, un būs nepieciešamas atbilstošas ​​alternatīvas. Paredzams, ka hēlija cenas turpinās pieaugt no 2021. līdz 2026. gadam, no 13,53 USD/m3 (2020. gadā) līdz 19,09 USD/m3 (2027. gadā).

Nozari ietekmē ekonomika un politika. Atveseļojoties globālajai ekonomikai, arvien vairāk cilvēku uztraucas par vides standartu uzlabošanu, īpaši mazāk attīstītos reģionos ar lielu iedzīvotāju skaitu un strauju ekonomikas izaugsmi, pieaugs pieprasījums pēc hēlija.

Pašlaik pie lielākajiem pasaules ražotājiem pieder Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) un Gazprom (Ru) u.c. 2020. gadā sešu lielāko ražotāju pārdošanas daļa pārsniegs 74%. Paredzams, ka konkurence nozarē turpmākajos gados kļūs vēl intensīvāka.

HL kriogēnās iekārtas

Šķidrā hēlija resursu ierobežotības un cenas pieauguma dēļ ir svarīgi samazināt šķidrā hēlija zudumus un atgūšanu tā lietošanas un transportēšanas procesā.

Uzņēmums HL Cryogenic Equipment, kas dibināts 1992. gadā, ir zīmols, kas saistīts ar HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment ir apņēmies projektēt un ražot augsta vakuuma izolētas kriogēnās cauruļvadu sistēmas un saistīto atbalsta aprīkojumu, lai apmierinātu klientu dažādās vajadzības. Vakuuma izolētās caurules un elastīgās šļūtenes ir izgatavotas no augsta vakuuma un daudzslāņu daudzslāņa īpaši izolētiem materiāliem un iziet cauri virknei ārkārtīgi stingru tehnisko apstrādi un augsta vakuuma apstrādi, ko izmanto šķidrā skābekļa, šķidrā slāpekļa, šķidrā argona, šķidrā ūdeņraža, šķidrā hēlija, sašķidrinātas etilēna gāzes LEG un sašķidrinātas dabasgāzes LNG pārsūknēšanai.

HL Cryogenetic Equipment Company vakuuma apvalka cauruļu, vakuuma apvalka šļūteņu, vakuuma apvalka vārstu un fāžu separatoru produktu sērija, kas ir izturējusi virkni ārkārtīgi stingru tehnisko apstrādi, tiek izmantota šķidrā skābekļa, šķidrā slāpekļa, šķidrā argona, šķidrā ūdeņraža, šķidrā hēlija, LEG un LNG pārsūknēšanai, un šie produkti tiek izmantoti kriogēnām iekārtām (piemēram, kriogēnām tvertnēm, Djūāra tvertnēm un aukstuma kastēm utt.) gaisa atdalīšanas, gāzu, aviācijas, elektronikas, supravadītāju, mikroshēmu, automatizācijas montāžas, pārtikas un dzērienu, farmācijas, slimnīcu, biobanku, gumijas, jaunu materiālu ražošanas, ķīmiskās inženierijas, dzelzs un tērauda, ​​kā arī zinātniskās pētniecības u.c. nozarēs.

Uzņēmums HL Cryogenic Equipment Company ir kļuvis par kvalificētu Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani un Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) u. c. piegādātāju/pārdevēju.