Το ήλιο είναι ένα χημικό στοιχείο με σύμβολο He και ατομικό αριθμό 2. Είναι ένα σπάνιο ατμοσφαιρικό αέριο, άχρωμο, άγευστο, άγευστο, μη τοξικό, μη εύφλεκτο, μόνο ελαφρώς διαλυτό στο νερό. Η συγκέντρωση ηλίου στην ατμόσφαιρα είναι 5,24 x 10-4 κατ' όγκο. Έχει τα χαμηλότερα σημεία βρασμού και τήξης από οποιοδήποτε στοιχείο, και υπάρχει μόνο ως αέριο, εκτός από εξαιρετικά κρύες συνθήκες.

Το ήλιο μεταφέρεται κυρίως ως αέριο ή υγρό ήλιο και χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, ημιαγωγούς, λέιζερ, λαμπτήρες, υπεραγωγιμότητα, όργανα, ημιαγωγούς και οπτικές ίνες, κρυογονική, μαγνητική τομογραφία και εργαστηριακή έρευνα Ε&Α.

Η πηγή κρύου χαμηλής θερμοκρασίας

Το ήλιο χρησιμοποιείται ως κρυογονικό ψυκτικό για κρυογονικές πηγές ψύξης, όπως απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI), φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR), επιταχυντής υπεραγώγιμων κβαντικών σωματιδίων, ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων, συμβολόμετρο (SQUID), συντονισμός σπιν ηλεκτρονίων (ESR) και υπεραγώγιμη αποθήκευση μαγνητικής ενέργειας (SMES), υπεραγώγιμες γεννήτριες MHD, υπεραγώγιμος αισθητήρας, μετάδοση ισχύος, μεταφορά maglev, φασματόμετρο μάζας, υπεραγώγιμος μαγνήτης, διαχωριστές ισχυρού μαγνητικού πεδίου, υπεραγώγιμοι μαγνήτες δακτυλιοειδούς πεδίου για αντιδραστήρες σύντηξης και άλλη κρυογονική έρευνα. Το ήλιο ψύχει κρυογονικά υπεραγώγιμα υλικά και μαγνήτες σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, οπότε η αντίσταση του υπεραγωγού πέφτει ξαφνικά στο μηδέν. Η πολύ χαμηλή αντίσταση ενός υπεραγωγού δημιουργεί ένα ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο. Στην περίπτωση του εξοπλισμού μαγνητικής τομογραφίας που χρησιμοποιείται στα νοσοκομεία, τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία παράγουν περισσότερες λεπτομέρειες στις ακτινογραφικές εικόνες.

Το ήλιο χρησιμοποιείται ως υπερψυκτικό επειδή το ήλιο έχει τα χαμηλότερα σημεία τήξης και βρασμού, δεν στερεοποιείται σε ατμοσφαιρική πίεση και 0 K, και το ήλιο είναι χημικά αδρανές, καθιστώντας σχεδόν αδύνατη την αντίδραση με άλλες ουσίες. Επιπλέον, το ήλιο γίνεται υπερρευστό κάτω από 2,2 Kelvin. Μέχρι τώρα, η μοναδική υπερκινητικότητα δεν έχει αξιοποιηθεί σε καμία βιομηχανική εφαρμογή. Σε θερμοκρασίες κάτω των 17 Kelvin, δεν υπάρχει υποκατάστατο για το ήλιο ως ψυκτικό μέσο στην κρυογονική πηγή.

Αεροναυτική και Αστροναυτική

Το ήλιο χρησιμοποιείται επίσης σε μπαλόνια και αερόπλοια. Επειδή το ήλιο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, τα αερόπλοια και τα μπαλόνια είναι γεμάτα με ήλιο. Το ήλιο έχει το πλεονέκτημα ότι δεν είναι εύφλεκτο, αν και το υδρογόνο είναι πιο πλεούμενο και έχει χαμηλότερο ρυθμό διαφυγής από τη μεμβράνη. Μια άλλη δευτερεύουσα χρήση είναι στην τεχνολογία πυραύλων, όπου το ήλιο χρησιμοποιείται ως μέσο απώλειας για τη μετατόπιση του καυσίμου και του οξειδωτικού σε δεξαμενές αποθήκευσης και τη συμπύκνωση υδρογόνου και οξυγόνου για την παραγωγή καυσίμου πυραύλων. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση καυσίμου και οξειδωτικού από τον εξοπλισμό υποστήριξης εδάφους πριν από την εκτόξευση και θα μπορούσε να προψύξει υγρό υδρογόνο στο διαστημόπλοιο. Στον πύραυλο Saturn V που χρησιμοποιήθηκε στο πρόγραμμα Apollo, χρειάστηκαν περίπου 370.000 κυβικά μέτρα (13 εκατομμύρια κυβικά πόδια) ηλίου για την εκτόξευση.

Ανίχνευση διαρροής και ανάλυση ανίχνευσης αγωγών

Μια άλλη βιομηχανική χρήση του ηλίου είναι η ανίχνευση διαρροών. Η ανίχνευση διαρροών χρησιμοποιείται για την ανίχνευση διαρροών σε συστήματα που περιέχουν υγρά και αέρια. Επειδή το ήλιο διαχέεται στα στερεά τρεις φορές πιο γρήγορα από τον αέρα, χρησιμοποιείται ως αέριο ανίχνευσης για την ανίχνευση διαρροών σε εξοπλισμό υψηλού κενού (όπως κρυογονικές δεξαμενές) και δοχεία υψηλής πίεσης. Το αντικείμενο τοποθετείται σε θάλαμο, ο οποίος στη συνέχεια εκκενώνεται και γεμίζεται με ήλιο. Ακόμη και σε ρυθμούς διαρροής τόσο χαμηλούς όσο 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), το ήλιο που διαφεύγει μέσω της διαρροής μπορεί να ανιχνευθεί από μια ευαίσθητη συσκευή (φασματόμετρο μάζας ηλίου). Η διαδικασία μέτρησης είναι συνήθως αυτοματοποιημένη και ονομάζεται δοκιμή ολοκλήρωσης ηλίου. Μια άλλη, απλούστερη μέθοδος είναι να γεμίσετε το εν λόγω αντικείμενο με ήλιο και να κάνετε χειροκίνητη αναζήτηση για διαρροές χρησιμοποιώντας μια φορητή συσκευή.

Το ήλιο χρησιμοποιείται για την ανίχνευση διαρροών επειδή είναι το μικρότερο μόριο και είναι μονατομικό μόριο, επομένως το ήλιο διαρρέει εύκολα. Το αέριο ήλιο γεμίζεται στο αντικείμενο κατά την ανίχνευση διαρροής και εάν συμβεί διαρροή, το φασματόμετρο μάζας ηλίου θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει τη θέση της διαρροής. Το ήλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση διαρροών σε πυραύλους, δεξαμενές καυσίμων, εναλλάκτες θερμότητας, γραμμές αερίου, ηλεκτρονικά είδη, σωλήνες ΤΗΛΕΟΡΑΣΗΣ και άλλα κατασκευαστικά εξαρτήματα. Η ανίχνευση διαρροών με χρήση ηλίου χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια του έργου του Μανχάταν για τον εντοπισμό διαρροών σε μονάδες εμπλουτισμού ουρανίου. Το ήλιο ανίχνευσης διαρροής μπορεί να αντικατασταθεί με υδρογόνο, άζωτο ή μείγμα υδρογόνου και αζώτου.

Συγκόλληση και Μεταλλουργία

Το αέριο ήλιο χρησιμοποιείται ως προστατευτικό αέριο στη συγκόλληση με τόξο και στη συγκόλληση με τόξο πλάσματος λόγω της υψηλότερης δυναμικής ενέργειας ιονισμού του από άλλα άτομα. Το αέριο ήλιο γύρω από τη συγκόλληση εμποδίζει την οξείδωση του μετάλλου σε τηγμένη κατάσταση. Η υψηλή δυναμική ενέργεια ιονισμού του ηλίου επιτρέπει τη συγκόλληση με τόξο πλάσματος ανόμοιων μετάλλων που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές, τη ναυπηγική και την αεροδιαστημική, όπως τιτάνιο, ζιρκόνιο, μαγνήσιο και κράματα αλουμινίου. Αν και το ήλιο στο προστατευτικό αέριο μπορεί να αντικατασταθεί από αργό ή υδρογόνο, ορισμένα υλικά (όπως το ήλιο από τιτάνιο) δεν μπορούν να αντικατασταθούν για τη συγκόλληση με τόξο πλάσματος. Επειδή το ήλιο είναι το μόνο αέριο που είναι ασφαλές σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ένας από τους πιο ενεργούς τομείς ανάπτυξης είναι η συγκόλληση από ανοξείδωτο χάλυβα. Το ήλιο είναι ένα αδρανές αέριο, που σημαίνει ότι δεν υφίσταται χημικές αντιδράσεις όταν εκτίθεται σε άλλες ουσίες. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στα αέρια προστασίας συγκόλλησης.

Το ήλιο επίσης μεταφέρει καλά τη θερμότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιείται συνήθως σε συγκολλήσεις όπου απαιτείται υψηλότερη θερμότητα για τη βελτίωση της διαβρεξιμότητας της συγκόλλησης. Το ήλιο είναι επίσης χρήσιμο για υπερβολική ταχύτητα.

Το ήλιο συνήθως αναμιγνύεται με αργό σε διάφορες ποσότητες στο προστατευτικό μείγμα αερίων για να εκμεταλλευτεί πλήρως τις καλές ιδιότητες και των δύο αερίων. Το ήλιο, για παράδειγμα, δρα ως προστατευτικό αέριο για να βοηθήσει στην παροχή ευρύτερων και πιο ρηχών τρόπων διείσδυσης κατά τη συγκόλληση. Αλλά το ήλιο δεν παρέχει τον καθαρισμό που κάνει το αργό.

Ως αποτέλεσμα, οι κατασκευαστές μετάλλων θεωρούν συχνά την ανάμειξη αργού με ήλιο ως μέρος της διαδικασίας εργασίας τους. Για τη συγκόλληση με τόξο μετάλλου με θωράκιση αερίου, το ήλιο μπορεί να αποτελεί το 25% έως 75% του μίγματος αερίων στο μίγμα ηλίου/αργού. Ρυθμίζοντας τη σύνθεση του προστατευτικού μίγματος αερίων, ο συγκολλητής μπορεί να επηρεάσει την κατανομή θερμότητας της συγκόλλησης, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει το σχήμα της διατομής του μετάλλου συγκόλλησης και την ταχύτητα συγκόλλησης.

Βιομηχανία Ηλεκτρονικών Ημιαγωγών

Ως αδρανές αέριο, το ήλιο είναι τόσο σταθερό που δύσκολα αντιδρά με άλλα στοιχεία. Αυτή η ιδιότητα το κάνει να χρησιμοποιείται ως ασπίδα στη συγκόλληση με τόξο (για την πρόληψη της μόλυνσης του οξυγόνου στον αέρα). Το ήλιο έχει επίσης και άλλες κρίσιμες εφαρμογές, όπως ημιαγωγούς και την κατασκευή οπτικών ινών. Επιπλέον, μπορεί να αντικαταστήσει το άζωτο στις βαθιές καταδύσεις για να αποτρέψει το σχηματισμό φυσαλίδων αζώτου στην κυκλοφορία του αίματος, αποτρέποντας έτσι την καταδυτική ασθένεια.

Παγκόσμιος όγκος πωλήσεων ηλίου (2016-2027)

Η παγκόσμια αγορά ηλίου έφτασε τα 1825,37 εκατομμύρια δολάρια το 2020 και αναμένεται να φτάσει τα 2742,04 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2027, με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης (CAGR) 5,65% (2021-2027). Ο κλάδος έχει μεγάλη αβεβαιότητα τα επόμενα χρόνια. Τα δεδομένα προβλέψεων για το 2021-2027 σε αυτό το έγγραφο βασίζονται στην ιστορική εξέλιξη των τελευταίων ετών, τις απόψεις ειδικών του κλάδου και τις απόψεις των αναλυτών σε αυτό το έγγραφο.

Η βιομηχανία ηλίου έχει υψηλή συγκέντρωση, προέρχεται από φυσικούς πόρους και έχει περιορισμένους παγκόσμιους κατασκευαστές, κυρίως στις Ηνωμένες Πολιτείες, τη Ρωσία, το Κατάρ και την Αλγερία. Στον κόσμο, ο καταναλωτικός τομέας είναι συγκεντρωμένος στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Κίνα και την Ευρώπη κ.ο.κ. Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν μακρά ιστορία και ακλόνητη θέση στον κλάδο.

Πολλές εταιρείες έχουν πολλά εργοστάσια, αλλά συνήθως δεν βρίσκονται κοντά στις καταναλωτικές αγορές-στόχους τους. Επομένως, το προϊόν έχει υψηλό κόστος μεταφοράς.

Από τα πρώτα πέντε χρόνια, η παραγωγή αυξήθηκε πολύ αργά. Το ήλιο είναι μια μη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και εφαρμόζονται πολιτικές στις χώρες παραγωγής για να διασφαλιστεί η συνεχής χρήση του. Κάποιοι προβλέπουν ότι το ήλιο θα εξαντληθεί στο μέλλον.

Ο κλάδος έχει υψηλό ποσοστό εισαγωγών και εξαγωγών. Σχεδόν όλες οι χώρες χρησιμοποιούν ήλιο, αλλά μόνο λίγες έχουν αποθέματα ηλίου.

Το ήλιο έχει ένα ευρύ φάσμα χρήσεων και θα είναι διαθέσιμο σε όλο και περισσότερους τομείς. Δεδομένης της σπανιότητας των φυσικών πόρων, η ζήτηση για ήλιο είναι πιθανό να αυξηθεί στο μέλλον, απαιτώντας κατάλληλες εναλλακτικές λύσεις. Οι τιμές του ηλίου αναμένεται να συνεχίσουν να αυξάνονται από το 2021 έως το 2026, από 13,53 $ / m3 (2020) σε 19,09 $ / m3 (2027).

Ο κλάδος επηρεάζεται από την οικονομία και την πολιτική. Καθώς η παγκόσμια οικονομία ανακάμπτει, όλο και περισσότεροι άνθρωποι ανησυχούν για τη βελτίωση των περιβαλλοντικών προτύπων, ειδικά σε υπανάπτυκτες περιοχές με μεγάλο πληθυσμό και γρήγορη οικονομική ανάπτυξη, η ζήτηση για ήλιο θα αυξηθεί.

Επί του παρόντος, οι σημαντικότεροι παγκόσμιοι κατασκευαστές περιλαμβάνουν Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) και Gazprom (Ru) κ.λπ. Το 2020, το μερίδιο πωλήσεων των Top 6 κατασκευαστών θα ξεπεράσει το 74%. Αναμένεται ότι ο ανταγωνισμός στον κλάδο θα γίνει πιο έντονος τα επόμενα χρόνια.

HL Cryogenic Equipment

Λόγω της σπανιότητας των πόρων υγρού ηλίου και της αυξανόμενης τιμής, είναι σημαντικό να μειωθεί η απώλεια και η ανάκτηση υγρού ηλίου κατά τη χρήση και τη διαδικασία μεταφοράς του.

Η HL Cryogenic Equipment, η οποία ιδρύθηκε το 1992, είναι μια μάρκα συνδεδεμένη με την HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. Η HL Cryogenic Equipment δεσμεύεται στο σχεδιασμό και την κατασκευή του συστήματος κρυογονικών σωληνώσεων με μόνωση υψηλού κενού και του σχετικού εξοπλισμού υποστήριξης για την κάλυψη των διαφόρων αναγκών των πελατών. Ο μονωμένος σωλήνας κενού και ο εύκαμπτος σωλήνας είναι κατασκευασμένοι από ειδικά μονωμένα υλικά υψηλού κενού και πολλαπλών στρωμάτων πολλαπλών οθονών και διέρχονται από μια σειρά εξαιρετικά αυστηρών τεχνικών επεξεργασιών και επεξεργασίας υψηλού κενού, η οποία χρησιμοποιείται για τη μεταφορά υγρού οξυγόνου, υγρού αζώτου , υγρό αργό, υγρό υδρογόνο, υγρό ήλιο, υγροποιημένο αέριο αιθυλενίου LEG και υγροποιημένο φυσικό αέριο LNG.

Η σειρά προϊόντων Vacuum Jacketed Pipe, Vacuum Jacketed Hose, Vacuum Jacketed Valve και Phase Separator στην HL Cryogenic Equipment Company, η οποία πέρασε από μια σειρά εξαιρετικά αυστηρών τεχνικών επεξεργασιών, χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά υγρού οξυγόνου, υγρού αζώτου, υγρού αργού. υγρό υδρογόνο, υγρό ήλιο, LEG και LNG, και αυτά τα προϊόντα εξυπηρετούνται για κρυογονικό εξοπλισμό (π.χ. κρυογονικές δεξαμενές, dewars και coldboxes κ.λπ.) σε βιομηχανίες διαχωρισμού αέρα, αερίων, αεροπορίας, ηλεκτρονικών, υπεραγωγών, τσιπ, συναρμολόγησης αυτοματισμών, τροφίμων και ποτά, φαρμακείο, νοσοκομείο, βιοτράπεζα, καουτσούκ, χημική μηχανική κατασκευής νέων υλικών, σίδηρος και χάλυβας και επιστημονική έρευνα κ.λπ.

Η HL Cryogenic Equipment Company έχει γίνει ο πιστοποιημένος προμηθευτής/πωλητής των Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani και Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) κ.λπ.