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

Το ήλιο μεταφέρεται κυρίως ως αέριο ή υγρό ήλιο και χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, ημιαγωγούς, λέιζερ, λαμπτήρες, υπεραγωγιμότητα, όργανα μέτρησης, 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 η μαγνητική τομογραφία (MRI), η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR), ο υπεραγώγιμος κβαντικός επιταχυντής σωματιδίων, ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων, το συμβολόμετρο (SQUID), ο συντονισμός σπιν ηλεκτρονίων (ESR) και η αποθήκευση υπεραγώγιμης μαγνητικής ενέργειας (SMES), οι υπεραγώγιμες γεννήτριες MHD, οι υπεραγώγιμοι αισθητήρες, η μετάδοση ισχύος, η μεταφορά maglev, ο φασματόμετρο μάζας, ο υπεραγώγιμος μαγνήτης, οι διαχωριστές ισχυρού μαγνητικού πεδίου, οι δακτυλιοειδής υπεραγώγιμοι μαγνήτες πεδίου για αντιδραστήρες σύντηξης και άλλες κρυογονικές έρευνες. Το ήλιο ψύχει κρυογονικά υπεραγώγιμα υλικά και μαγνήτες σχεδόν σε απόλυτο μηδέν, οπότε η αντίσταση του υπεραγωγού πέφτει ξαφνικά στο μηδέν. Η πολύ χαμηλή αντίσταση ενός υπεραγωγού δημιουργεί ένα πιο ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Στην περίπτωση του εξοπλισμού μαγνητικής τομογραφίας που χρησιμοποιείται σε νοσοκομεία, τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία παράγουν περισσότερες λεπτομέρειες στις ακτινογραφικές εικόνες.

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

Αεροναυτική και Αστροναυτική

Το ήλιο χρησιμοποιείται επίσης σε αερόστατα και αερόπλοια. Επειδή το ήλιο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, τα αερόπλοια και τα αερόστατα είναι γεμάτα με ήλιο. Το ήλιο έχει το πλεονέκτημα ότι είναι μη εύφλεκτο, αν και το υδρογόνο είναι πιο πλωτό και έχει χαμηλότερο ρυθμό διαφυγής από τη μεμβράνη. Μια άλλη δευτερεύουσα χρήση είναι στην τεχνολογία πυραύλων, όπου το ήλιο χρησιμοποιείται ως μέσο απώλειας για την εκτόπιση καυσίμου και 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 επίγειας υποστήριξης πριν από την εκτόξευση και θα μπορούσε να προψύξει το 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 και Ανάλυση Διαρροών Αγωγού

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 μέσω των στερεών τρεις φορές ταχύτερα από τον αέρα, χρησιμοποιείται ως αέριο ιχνηθέτης για την ανίχνευση διαρροών σε εξοπλισμό υψηλού κενού (όπως κρυογονικές δεξαμενές) και δοχεία υψηλής πίεσης. Το αντικείμενο τοποθετείται σε έναν θάλαμο, ο οποίος στη συνέχεια εκκενώνεται και γεμίζεται με ήλιο. Ακόμα και σε ρυθμούς διαρροής μόλις 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 ενσωμάτωσης ηλίου. Μια άλλη, απλούστερη μέθοδος είναι να γεμίσετε το εν λόγω αντικείμενο με ήλιο και να αναζητήσετε χειροκίνητα διαρροές χρησιμοποιώντας μια φορητή συσκευή.

Το ήλιο χρησιμοποιείται για την ανίχνευση διαρροών επειδή είναι το μικρότερο μόριο και είναι μονοατομικό μόριο, επομένως το ήλιο διαρρέει εύκολα. Κατά την ανίχνευση διαρροής, το αντικείμενο γεμίζεται με αέριο ήλιο και, εάν συμβεί διαρροή, ο φασματογράφος 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, τηλεοπτικούς σωλήνες και άλλα κατασκευαστικά εξαρτήματα. Η ανίχνευση διαρροών με χρήση ηλίου χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια του έργου Μανχάταν για την ανίχνευση διαρροών σε μονάδες εμπλουτισμού ουρανίου. Το ήλιο για την ανίχνευση διαρροών μπορεί να αντικατασταθεί με υδρογόνο, άζωτο ή ένα μείγμα υδρογόνου και αζώτου.

Συγκόλληση και κατεργασία μετάλλων

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 το μέταλλο να οξειδωθεί στην τετηγμένη 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 το τιτάνιο, το ζιρκόνιο, το μαγνήσιο και τα κράματα αλουμινίου. Αν και το ήλιο στο προστατευτικό αέριο μπορεί να αντικατασταθεί από αργό ή υδρογόνο, ορισμένα υλικά (όπως το τιτάνιο-ήλιο) δεν μπορούν να αντικατασταθούν από 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 ανοξείδωτου χάλυβα. Το ήλιο είναι ένα αδρανές αέριο, που σημαίνει ότι δεν υφίσταται καμία χημική αντίδραση όταν εκτίθεται σε άλλες ουσίες. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στα αέρια προστασίας συγκόλλησης.

Το ήλιο είναι επίσης καλά αγωγός θερμότητας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιείται συνήθως σε συγκολλήσεις όπου απαιτείται υψηλότερη εισροή θερμότητας για τη βελτίωση της διαβρεξιμότητας της συγκόλλησης. Το ήλιο είναι επίσης χρήσιμο για την επιτάχυνση.

Το ήλιο συνήθως αναμειγνύεται με αργό σε ποικίλες ποσότητες στο προστατευτικό μείγμα αερίων για να αξιοποιηθούν πλήρως οι 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 συχνά εξετάζουν την ανάμειξη αργού με ήλιο ως μέρος της εργασιακής τους διαδικασίας. Για τη συγκόλληση τόξου μετάλλου με θωράκιση αερίου, το ήλιο μπορεί να αποτελεί το 25% έως 75% του μείγματος αερίων στο μείγμα ηλίου/αργού. Ρυθμίζοντας τη σύνθεση του προστατευτικού μείγματος 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 καθιστά χρησιμοποιούμενο ως ασπίδα στη συγκόλληση με τόξο (για την πρόληψη της μόλυνσης από οξυγόνο στον αέρα). Το ήλιο έχει επίσης άλλες κρίσιμες εφαρμογές, όπως η κατασκευή ημιαγωγών και οπτικών ινών. Επιπλέον, μπορεί να αντικαταστήσει το άζωτο σε βαθιές καταδύσεις για να αποτρέψει τον σχηματισμό φυσαλίδων αζώτου στην κυκλοφορία του αίματος, αποτρέποντας έτσι τη ναυτία των καταδύσεων.

Παγκόσμιος Όγκος Πωλήσεων Ηλίου (2016-2027)

Η παγκόσμια αγορά ηλίου έφτασε τα 1825,37 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ 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 αντιμετωπίζει μεγάλη αβεβαιότητα τα επόμενα χρόνια. Τα δεδομένα πρόβλεψης για την περίοδο 2021-2027 σε αυτή την εργασία βασίζονται στην ιστορική εξέλιξη των τελευταίων ετών, στις απόψεις των ειδικών του κλάδου και στις απόψεις των αναλυτών σε αυτή την εργασία.

Η βιομηχανία ηλίου είναι ιδιαίτερα συγκεντρωμένη, 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 επικεντρώνεται 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 αγορές-στόχους καταναλωτών τους. Ως εκ τούτου, το προϊόν έχει υψηλό κόστος μεταφοράς.

Από τα πρώτα πέντε χρόνια, η παραγωγή έχει αυξηθεί πολύ αργά. Το ήλιο είναι μια μη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και οι χώρες παραγωγής του έχουν θεσπίσει πολιτικές για να διασφαλίσουν τη συνεχή χρήση του. Κάποιοι προβλέπουν ότι το ήλιο θα εξαντληθεί στο μέλλον.

Η βιομηχανία 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).

Η βιομηχανία 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 μεγάλους πληθυσμούς και ταχεία οικονομική ανάπτυξη, η ζήτηση για ήλιο θα αυξηθεί.

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

Κρυογονικός Εξοπλισμός HL

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 έχει δεσμευτεί για το σχεδιασμό και την κατασκευή του Συστήματος Κρυογονικών Σωλήνων Υψηλής Κενού με Μόνωση και του σχετικού Εξοπλισμού Υποστήριξης, για την κάλυψη των ποικίλων αναγκών των πελατών. Ο Σωλήνας και ο Εύκαμπτος Σωλήνας με Μόνωση Κενού κατασκευάζονται από ειδικά μονωμένα υλικά υψηλού κενού και πολλαπλών στρώσεων, πολλαπλών οπών, και υποβάλλονται σε μια σειρά εξαιρετικά αυστηρών τεχνικών επεξεργασιών και επεξεργασίας υψηλού κενού, η οποία χρησιμοποιείται για τη μεταφορά υγρού οξυγόνου, υγρού αζώτου, υγρού αργού, υγρού υδρογόνου, υγρού ηλίου, υγροποιημένου αερίου αιθυλενίου LEG και υγροποιημένου φυσικού αερίου LNG.

Η σειρά προϊόντων Σωλήνων με Επένδυση Κενού, Σωλήνων με Επένδυση Κενού, Βαλβίδων με Επένδυση Κενού και Διαχωριστών Φάσεων της HL Cryogenic Equipment Company, η οποία έχει υποβληθεί σε μια σειρά εξαιρετικά αυστηρών τεχνικών επεξεργασιών, χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά υγρού οξυγόνου, υγρού αζώτου, υγρού αργού, υγρού υδρογόνου, υγρού ηλίου, LEG και LNG, και αυτά τα προϊόντα συντηρούνται για κρυογονικό εξοπλισμό (π.χ. κρυογονικές δεξαμενές, δεξαμενές Dewar και ψυκτικά κουτιά κ.λπ.) σε βιομηχανίες διαχωρισμού αέρα, αερίων, αεροπορίας, ηλεκτρονικής, υπεραγωγών, τσιπ, συναρμολόγησης αυτοματισμού, τροφίμων και ποτών, φαρμακευτικής, νοσοκομείων, βιοτράπεζων, καουτσούκ, κατασκευής νέων υλικών, χημικής μηχανικής, σιδήρου και χάλυβα, επιστημονικής έρευνας 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.