Helis – cheminis elementas, kurio simbolis He ir atominis skaičius 2. Tai retos atmosferos dujos, bespalvės, beskonės, beskonės, netoksiškos, nedegios, tik šiek tiek tirpsta vandenyje. Helio koncentracija atmosferoje yra 5,24 x 10-4 tūrio procentais. Jis turi žemiausią virimo ir lydymosi temperatūrą iš visų elementų ir egzistuoja tik kaip dujos, išskyrus ypač šaltas sąlygas.

Helis daugiausia gabenamas kaip dujinis arba skystas helis ir naudojamas branduoliniuose reaktoriuose, puslaidininkiuose, lazeriuose, lemputėse, superlaidumo, prietaisų, puslaidininkių ir šviesolaidžių, kriogeniniuose, MRT ir MTTP laboratoriniuose tyrimuose.

Žemos temperatūros šalčio šaltinis

Helis naudojamas kaip kriogeninis aušinimo skystis kriogeniniams aušinimo šaltiniams, tokiems kaip magnetinio rezonanso tomografija (MRT), branduolinio magnetinio rezonanso (BMR) spektroskopija, superlaidus kvantinių dalelių greitintuvas, didelis hadronų greitintuvas, interferometras (SQUID), elektronų sukimosi rezonansas (ESR). ir superlaidūs magnetiniai energijos kaupikliai (SMES), MHD superlaidūs generatoriai, superlaidūs jutikliai, energijos perdavimas, maglevo transportavimas, masės spektrometras, superlaidus magnetas, stipraus magnetinio lauko separatoriai, žiedinio lauko superlaidieji magnetai sintezės reaktoriams ir kiti kriogeniniai tyrimai. Helis atšaldo kriogenines superlaidžias medžiagas ir magnetus iki beveik absoliutaus nulio, tada superlaidininko varža staiga nukrenta iki nulio. Labai maža superlaidininko varža sukuria galingesnį magnetinį lauką. MRT įrangos, naudojamos ligoninėse, atveju stipresni magnetiniai laukai sukuria daugiau detalių radiografiniuose vaizduose.

Helis naudojamas kaip super aušinimo skystis, nes helis turi žemiausią lydymosi ir virimo temperatūrą, nesustingsta esant atmosferos slėgiui ir 0 K, o helis yra chemiškai inertiškas, todėl beveik neįmanoma reaguoti su kitomis medžiagomis. Be to, helis tampa superskysčiu žemiau 2,2 kelvino. Iki šiol unikalus itin mobilumas nebuvo išnaudotas jokiame pramoniniame pritaikyme. Esant žemesnei nei 17 kelvinų temperatūrai, helio, kaip šaldymo agento kriogeniniame šaltinyje, pakaitalas nėra.

Aeronautika ir astronautika

Helis taip pat naudojamas oro balionuose ir dirižabliuose. Kadangi helis yra lengvesnis už orą, dirižabliai ir balionai yra pripildyti helio. Helio pranašumas yra tai, kad jis yra nedegus, nors vandenilis yra plūduresnis ir mažesnis iš membranos ištrūkimo greitis. Kitas antrinis panaudojimas yra raketų technologijose, kur helis naudojamas kaip nuostolių terpė išstumiant kurą ir oksidatorių rezervuaruose ir kondensuojant vandenilį bei deguonį raketų kurui gaminti. Jis taip pat galėtų būti naudojamas degalams ir oksidatoriams pašalinti iš antžeminės paramos įrangos prieš paleidimą ir galėtų iš anksto atvėsinti skystą vandenilį erdvėlaivyje. „Apollo“ programoje naudojamos raketos „Saturn V“ paleidimui prireikė apie 370 000 kubinių metrų (13 mln. kubinių pėdų) helio.

Dujotiekio nuotėkio aptikimas ir aptikimo analizė

Kitas pramoninis helio panaudojimas yra nuotėkio aptikimas. Nuotėkio aptikimas naudojamas aptikti nuotėkius sistemose, kuriose yra skysčių ir dujų. Kadangi helis pasklinda per kietąsias medžiagas tris kartus greičiau nei oras, jis naudojamas kaip atsekamosios dujos, siekiant aptikti nuotėkius aukšto vakuumo įrangoje (pvz., kriogeninėse talpyklose) ir aukšto slėgio induose. Objektas dedamas į kamerą, kuri vėliau evakuojama ir pripildoma helio. Net esant 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) nuotėkio greičiui, per nuotėkį išbėgantį helią galima aptikti jautriu prietaisu (helio masės spektrometru). Matavimo procedūra dažniausiai yra automatizuota ir vadinama helio integravimo bandymu. Kitas, paprastesnis būdas – atitinkamą objektą užpildyti heliu ir rankiniu būdu ieškoti nuotėkio naudojant delninį įrenginį.

Helis naudojamas nuotėkio aptikimui, nes jis yra mažiausia molekulė ir yra monoatominė molekulė, todėl helis lengvai nuteka. Aptikimo metu į objektą pilamos helio dujos, o jei įvyktų nuotėkis, helio masės spektrometras galės aptikti nuotėkio vietą. Helis gali būti naudojamas raketų, kuro bakų, šilumokaičių, dujų linijų, elektronikos, TELEVIZIJOS vamzdžių ir kitų gamybos komponentų nuotėkiams aptikti. Nuotėkio aptikimas naudojant helią pirmą kartą buvo naudojamas Manheteno projekto metu, siekiant aptikti nuotėkius urano sodrinimo gamyklose. Nuotėkio aptikimo helis gali būti pakeistas vandeniliu, azotu arba vandenilio ir azoto mišiniu.

Suvirinimas ir metalo apdirbimas

Helio dujos naudojamos kaip apsauginės dujos lankinio suvirinimo ir plazminio lankinio suvirinimo metu, nes jos turi didesnę jonizacijos potencialo energiją nei kiti atomai. Helio dujos aplink suvirinimo siūlę neleidžia metalui oksiduotis išlydytame būsenoje. Didelė helio jonizacijos potencialo energija leidžia plazminiu lanku suvirinti skirtingus metalus, naudojamus statybose, laivų statyboje ir aviacijos pramonėje, pavyzdžiui, titaną, cirkonį, magnį ir aliuminio lydinius. Nors apsauginėse dujose esantis helis gali būti pakeistas argonu arba vandeniliu, kai kurių medžiagų (pavyzdžiui, titano helio) negalima pakeisti plazminiam lankiniam suvirinimui. Kadangi helis yra vienintelės dujos, kurios yra saugios aukštoje temperatūroje.

Viena iš aktyviausių plėtros sričių yra nerūdijančio plieno suvirinimas. Helis yra inertinės dujos, o tai reiškia, kad jis nevyksta jokių cheminių reakcijų, kai yra veikiamas kitų medžiagų. Ši charakteristika ypač svarbi suvirinimo apsaugos dujoms.

Helis taip pat gerai praleidžia šilumą. Štai kodėl jis dažniausiai naudojamas suvirinimo siūlėse, kur reikalingas didesnis šilumos kiekis, kad būtų pagerintas suvirinimo siūlės drėgnumas. Helis taip pat naudingas viršijant greitį.

Apsauginiame dujų mišinyje helis paprastai maišomas su argonu įvairiais kiekiais, kad būtų galima išnaudoti visas gerąsias abiejų dujų savybes. Pavyzdžiui, helis veikia kaip apsauginės dujos, padedančios užtikrinti platesnį ir žemesnį įsiskverbimo režimą suvirinimo metu. Tačiau helis neužtikrina tokio valymo kaip argonas.

Dėl to metalų gamintojai dažnai laiko savo darbo proceso dalimi argono maišymą su heliu. Suvirinant dujomis ekranuotą metalą lankiniu būdu, helis gali sudaryti nuo 25 % iki 75 % dujų mišinio helio/argono mišinyje. Reguliuodamas apsauginio dujų mišinio sudėtį, suvirintojas gali paveikti suvirinimo siūlės šilumos pasiskirstymą, o tai savo ruožtu turi įtakos suvirinimo metalo skerspjūvio formai ir suvirinimo greičiui.

Elektroninių puslaidininkių pramonė

Kaip inertinės dujos, helis yra toks stabilus, kad beveik nereaguoja su jokiais kitais elementais. Dėl šios savybės jis naudojamas kaip skydas lankinio suvirinimo metu (siekiant išvengti deguonies užteršimo ore). Helis taip pat turi kitų svarbių pritaikymų, tokių kaip puslaidininkių ir optinio pluošto gamyba. Be to, giluminio nardymo metu jis gali pakeisti azotą, kad kraujyje nesusidarytų azoto burbuliukai ir taip išvengiama nardymo ligos.

Pasaulinis helio pardavimo kiekis (2016–2027 m.)

Pasaulinė helio rinka 2020 m. pasiekė 1825,37 mln. USD, o 2027 m. turėtų pasiekti 2742,04 mln. USD, o bendras metinis augimo tempas (CAGR) sieks 5,65 % (2021–2027 m.). Ateinančiais metais pramonė turi didelį neapibrėžtumą. Šiame darbe 2021–2027 m. prognozuojami duomenys yra pagrįsti pastarųjų kelerių metų istorine raida, pramonės ekspertų ir analitikų nuomonėmis šiame darbe.

Helio pramonė yra labai koncentruota, gaunama iš gamtos išteklių, o pasauliniai gamintojai yra riboti, daugiausia JAV, Rusijoje, Katare ir Alžyre. Pasaulyje vartotojų sektorius yra sutelktas JAV, Kinijoje, Europoje ir pan. Jungtinės Valstijos turi ilgą istoriją ir nepajudinamą padėtį pramonėje.

Daugelis įmonių turi keletą gamyklų, tačiau jos dažniausiai nėra arti tikslinių vartotojų rinkų. Todėl produktas turi didelę transportavimo kainą.

Nuo pirmųjų penkerių metų gamyba augo labai lėtai. Helis yra neatsinaujinantis energijos šaltinis, todėl gaminančiose šalyse vykdoma politika, užtikrinanti tolesnį jo naudojimą. Kai kas prognozuoja, kad helis ateityje baigsis.

Pramonė turi didelę importo ir eksporto dalį. Beveik visos šalys naudoja helią, tačiau tik kelios turi helio atsargas.

Helis turi platų panaudojimo spektrą ir bus prieinamas vis daugiau sričių. Atsižvelgiant į gamtos išteklių trūkumą, tikėtina, kad helio paklausa ateityje didės, todėl reikės atitinkamų alternatyvų. Numatoma, kad helio kainos toliau kils nuo 2021 m. iki 2026 m. – nuo ​​13,53 USD / m3 (2020 m.) iki 19,09 USD / m3 (2027 m.).

Pramonę veikia ekonomika ir politika. Atsigaunant pasaulio ekonomikai, vis daugiau žmonių nerimauja dėl aplinkosaugos standartų gerinimo, ypač neišsivysčiusiuose regionuose, kuriuose gyvena daug gyventojų ir sparčiai auga ekonomika, helio paklausa didės.

Šiuo metu didžiausi pasauliniai gamintojai yra „Rasgas“, „Linde Group“, „Air Chemical“, „ExxonMobil“, „Air Liquide“ (Dz) ir „Gazprom“ (Ru) ir kt. 2020 m. 6 geriausių gamintojų pardavimų dalis viršys 74%. Tikimasi, kad per ateinančius kelerius metus konkurencija pramonėje dar labiau sustiprės.

HL kriogeninė įranga

Dėl skysto helio išteklių trūkumo ir kylančios kainos svarbu sumažinti skysto helio praradimą ir atgavimą jį naudojant ir transportuojant.

HL Cryogenic Equipment, įkurta 1992 m., yra prekės ženklas, susijęs su HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. „HL Cryogenic Equipment“ yra įsipareigojusi projektuoti ir gaminti aukšto vakuumo izoliuotų kriogeninių vamzdynų sistemą ir susijusią pagalbinę įrangą, kad atitiktų įvairius klientų poreikius. Vakuuminis izoliuotas vamzdis ir lanksti žarna yra pagaminti iš didelio vakuumo ir daugiasluoksnės daugiasluoksnės specialios izoliacinės medžiagos ir praeina itin griežtų techninių ir didelio vakuumo apdorojimo seriją, kuri naudojama skystam deguoniui, skystam azotui perduoti. , skystas argonas, skystas vandenilis, skystas helis, suskystintos etileno dujos LEG ir suskystintos gamtinės dujos SGD.

„HL Cryogenic Equipment Company“ gaminių serija „Vakuuminis apvalkalas“, „Vakuuminė žarna“, „Vakuuminis apvalkalas“ ir „Fase Separator“ gaminių serija, kuriai buvo atliktas labai griežtas techninis apdorojimas, yra naudojama skystam deguoniui, skystam azotui, skystam argonui, skystas vandenilis, skystas helis, LEG ir SGD, o šie produktai yra aptarnaujami kriogeninei įrangai (pvz., kriogeninėms talpykloms, Dewars ir coldboxes ir kt.) oro atskyrimo, dujų, aviacijos, elektronikos, superlaidininkų, lustų, automatikos surinkimo, maisto ir kt. gėrimai, vaistinė, ligoninė, biobankas, guma, naujų medžiagų gamybos chemijos inžinerija, geležis ir plienas, moksliniai tyrimai ir kt.

HL Cryogenic Equipment Company tapo kvalifikuotu Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani ir Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) tiekėju / pardavėju.