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

Helis daugiausia transportuojamas dujinės arba skystos būsenos helis ir naudojamas branduoliniuose reaktoriuose, puslaidininkiuose, lazeriuose, lemputėse, superlaidumo srityje, prietaisuose, puslaidininkiuose ir šviesolaidyje, kriogeniniuose, MRT ir mokslinių tyrimų bei plėtros laboratoriniuose tyrimuose.

Žemos temperatūros šalčio šaltinis

Helis naudojamas kaip kriogeninis aušinimo skystis kriogeninio aušinimo šaltiniuose, tokiuose kaip magnetinio rezonanso tomografija (MRT), branduolinio magnetinio rezonanso (BMR) spektroskopija, superlaidūs kvantinių dalelių greitintuvai, dideli hadronų greitintuvai, interferometrai (SQUID), elektronų sukinio rezonanso (ESR) ir superlaidūs magnetinės energijos kaupikliai (SMES), MHD superlaidūs generatoriai, superlaidūs jutikliai, energijos perdavimas, maglev transportavimas, masių spektrometras, superlaidus magnetas, stipraus magnetinio lauko separatoriai, žiedinio lauko superlaidūs magnetai branduolių sintezės reaktoriams ir kitiems kriogeniniams tyrimams. Helis aušina kriogenines superlaidžias medžiagas ir magnetus beveik iki absoliutaus nulio, kai superlaidininko varža staiga sumažėja iki nulio. Labai maža superlaidininko varža sukuria galingesnį magnetinį lauką. Ligoninėse naudojamos MRT įrangos atveju stipresni magnetiniai laukai radiografiniuose vaizduose sukuria daugiau detalių.

Helis naudojamas kaip superaušinimo agentas, nes jo lydymosi ir virimo temperatūros yra žemiausios, jis nesukietėja esant atmosferos slėgiui ir 0 K temperatūrai, be to, jis yra chemiškai inertiškas, todėl jam beveik neįmanoma reaguoti su kitomis medžiagomis. Be to, helis tampa supertakiu esant žemesnei nei 2,2 kelvino temperatūrai. Iki šiol šis unikalus ultrajudrumas nebuvo išnaudotas jokioje pramonėje. Esant žemesnei nei 17 kelvinų temperatūrai, kriogeniniame šaltinyje nėra jokio helio kaip šaltnešio pakaitalo.

Aeronautika ir astronautika

Helis taip pat naudojamas oro balionuose ir dirižabliuose. Kadangi helis yra lengvesnis už orą, dirižabliai ir balionai yra pripildomi helio. Helis turi pranašumą, nes yra nedegus, nors vandenilis yra plūdresnis ir lėčiau išeina iš membranos. Kitas antrinis panaudojimo būdas yra raketų technologijose, kur helis naudojamas kaip nuostolių terpė kurui ir oksidatoriui išstumti rezervuaruose ir kondensuoti vandenilį bei deguonį, kad būtų pagamintas raketinis kuras. Jis taip pat galėtų būti naudojamas kurui ir oksidatoriui pašalinti iš antžeminės įrangos prieš paleidimą ir galėtų būti naudojamas skysto vandenilio atvėsinimui erdvėlaivyje. „Apollo“ programoje naudotai „Saturn V“ raketai paleidimui reikėjo apie 370 000 kubinių metrų (13 milijonų kubinių pėdų) helio.

Vamzdynų nuotėkių aptikimas ir aptikimo analizė

Kitas pramoninis helio panaudojimo būdas – nuotėkių aptikimas. Nuotėkių aptikimas naudojamas skysčių ir dujų sistemų nuotėkiams aptikti. Kadangi helis difunduoja per kietąsias medžiagas tris kartus greičiau nei oras, jis naudojamas kaip žymeklinės dujos, skirtos aptikti nuotėkius aukšto vakuumo įrangoje (pvz., kriogeninėse talpyklose) ir aukšto slėgio induose. Objektas dedamas į kamerą, kuri vėliau išsiurbiama ir pripildoma helio. Net esant mažam nuotėkio greičiui kaip 10⁻⁹ mbar•L/s (10⁻⁹ Pa•m³/s), helis, ištekantis per nuotėkį, gali būti aptiktas jautriu prietaisu (helio masių spektrometru). Matavimo procedūra paprastai yra automatizuota ir vadinama helio integravimo bandymu. Kitas, paprastesnis metodas – pripildyti atitinkamą objektą helio ir rankiniu būdu ieškoti nuotėkių naudojant rankinį prietaisą.

Helis naudojamas nuotėkiams aptikti, nes tai mažiausia molekulė ir yra monatominė, todėl helis lengvai nuteka. Nuotėkio aptikimo metu į objektą pripilama helio dujų, ir jei atsiranda nuotėkis, helio masių spektrometras galės aptikti nuotėkio vietą. Helis gali būti naudojamas raketų, kuro bakų, šilumokaičių, dujų linijų, elektronikos, TELEVIZORIŲ kineskopų ir kitų gamybos komponentų nuotėkiams aptikti. Nuotėkių aptikimas helį pirmą kartą buvo panaudotas Manhatano projekto metu, siekiant aptikti nuotėkius urano sodrinimo gamyklose. Nuotėkių aptikimas. Helį galima pakeisti vandeniliu, azotu arba vandenilio ir azoto mišiniu.

Suvirinimas ir metalo apdirbimas

Helio dujos naudojamos kaip apsauginės dujos lankinio ir plazminio suvirinimo metu dėl didesnės jonizacijos potencialinės energijos nei kiti atomai. Helio dujos aplink suvirinimo siūlę neleidžia metalui oksiduotis išlydytoje būsenoje. Didelė helio jonizacijos potencialinė energija leidžia plazminiu lanku suvirinti skirtingus metalus, naudojamus statybose, laivų statyboje ir aviacijos bei kosmoso pramonėje, tokius kaip titanas, cirkonis, magnis ir aliuminio lydiniai. Nors helį apsauginėse dujose galima pakeisti argonu arba vandeniliu, kai kurių medžiagų (pvz., titano ir helio) negalima pakeisti plazminiu lankiniu suvirinimu. Nes helis yra vienintelės dujos, kurios yra saugios aukštoje temperatūroje.

Viena iš aktyviausiai plėtojamų sričių yra nerūdijančio plieno suvirinimas. Helis yra inertinės dujos, o tai reiškia, kad sąveikaujant su kitomis medžiagomis, jos nevyksta jokios cheminės reakcijos. Ši savybė ypač svarbi apsauginėse suvirinimo dujose.

Helis taip pat gerai praleidžia šilumą. Todėl jis dažnai naudojamas suvirinimo siūlėse, kur reikalingas didesnis šilumos tiekimas, kad pagerėtų suvirinimo siūlės drėkinamumas. Helis taip pat naudingas greitinimui.

Apsauginių dujų mišinyje helis paprastai maišomas su argonu įvairiais kiekiais, kad būtų galima visapusiškai išnaudoti abiejų dujų gerąsias savybes. Pavyzdžiui, helis veikia kaip apsauginės dujos, padedančios užtikrinti platesnį ir seklesnį įsiskverbimą suvirinimo metu. Tačiau helis neužtikrina tokio valymo kaip argonas.

Todėl metalo gamintojai dažnai svarsto argono maišymą su heliu kaip savo darbo proceso dalį. Suvirinant apsauginėse dujose helis gali sudaryti nuo 25 % iki 75 % helio ir argono mišinio dujų mišinio. Reguliuodamas apsauginių 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 kitais elementais. Dėl šios savybės jis naudojamas kaip skydas lankinio suvirinimo metu (siekiant išvengti deguonies užteršimo ore). Helis taip pat turi kitų svarbių pritaikymų, pavyzdžiui, puslaidininkių ir optinių skaidulų gamyboje. Be to, jis gali pakeisti azotą giluminio nardymo metu, kad būtų išvengta azoto burbuliukų susidarymo kraujyje ir taip išvengiama nardymo ligos.

Pasaulinis helio pardavimo kiekis (2016–2027 m.)

Pasaulinė helio rinka 2020 m. pasiekė 1 825,37 mln. JAV dolerių ir tikimasi, kad 2027 m. pasieks 2 742,04 mln. JAV dolerių, o metinis augimo tempas (CAGR) sieks 5,65 % (2021–2027 m.). Ateinančiais metais pramonėje vyraus didelis neapibrėžtumas. Šiame straipsnyje pateikti 2021–2027 m. prognozių duomenys pagrįsti pastarųjų metų istorine raida, pramonės ekspertų nuomonėmis ir analitikų nuomonėmis.

Helio pramonė yra labai koncentruota, gaunama iš gamtos išteklių, ir turi nedaug pasaulinių gamintojų, daugiausia Jungtinėse Valstijose, Rusijoje, Katare ir Alžyre. Pasaulyje vartotojų sektorius yra sutelktas Jungtinėse Valstijose, Kinijoje, Europoje ir kt. Jungtinės Valstijos turi ilgą istoriją ir tvirtą poziciją šioje pramonės šakoje.

Daugelis įmonių turi kelias gamyklas, tačiau jos paprastai nėra arti savo tikslinių vartotojų rinkų. Todėl produkto transportavimo išlaidos yra didelės.

Nuo pirmųjų penkerių metų gamyba augo labai lėtai. Helis yra neatsinaujinantis energijos šaltinis, todėl gamintojose šalyse yra įdiegta politika, užtikrinanti jo nuolatinį naudojimą. Kai kurie prognozuoja, kad ateityje helis baigsis.

Pramonės importas ir eksportas sudaro didelę dalį. Beveik visos šalys naudoja helį, tačiau tik kelios turi helio atsargų.

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

Šiai pramonei įtakos turi ekonomika ir politika. Atsigaunant pasaulio ekonomikai, vis daugiau žmonių susirūpina aplinkosaugos standartų gerinimu, ypač mažiau išsivysčiusiuose regionuose, kuriuose gausu gyventojų ir sparčiai auga ekonomika, todėl 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 didžiausių gamintojų pardavimų dalis viršys 74 %. Tikimasi, kad per ateinančius kelerius metus konkurencija šioje pramonės šakoje taps dar intensyvesnė.

HL kriogeninė įranga

Dėl skysto helio išteklių trūkumo ir kylančios kainos svarbu sumažinti skysto helio nuostolius ir išgavimą jo naudojimo ir transportavimo procese.

„HL Cryogenic Equipment“ buvo įkurta 1992 m., ir yra prekės ženklas, susijęs su „HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.“. „HL Cryogenic Equipment“ yra įsipareigojusi projektuoti ir gaminti aukšto vakuumo izoliuotas kriogenines vamzdynų sistemas ir susijusią pagalbinę įrangą, kad patenkintų įvairius klientų poreikius. Vakuume izoliuoti vamzdžiai ir lanksčios žarnos yra pagamintos iš aukšto vakuumo ir daugiasluoksnių specialių izoliuotų medžiagų ir praeina itin griežtų techninių apdorojimo bei aukšto vakuumo apdorojimo seriją, kuri naudojama skysto deguonies, skysto azoto, skysto argono, skysto vandenilio, skysto helio, suskystintų etileno dujų (LEG) ir suskystintų gamtinių dujų (SGD) transportavimui.

„HL Cryogenic Equipment Company“ gaminami vakuuminiai vamzdžiai, žarnos, vožtuvai ir fazių separatoriai, praėję itin griežtus techninius apdorojimo procesus, naudojami skystam deguoniui, skystam azotui, skystam argonui, skystam vandeniliui, skystam heliui, LEG ir SGD transportuoti. Šie gaminiai yra skirti kriogeninei įrangai (pvz., kriogeninėms talpykloms, diuaro rezervuarams ir šaldymo dėžėms ir kt.) oro atskyrimo, dujų, aviacijos, elektronikos, superlaidininkų, lustų, automatikos surinkimo, maisto ir gėrimų, vaistinės, ligoninės, biobankų, gumos, naujų medžiagų gamybos, chemijos inžinerijos, geležies ir plieno, mokslinių tyrimų ir kt. pramonės šakose.

„HL Cryogenic Equipment Company“ tapo kvalifikuota „Linde“, „Air Liquide“, „Air Products“ (AP), „Praxair“, „Messer“, „BOC“, „Iwatani“ ir „Hangzhou Oxygen Plant Group“ (Hangyang) ir kt. tiekėja / pardavėja.