Helium er et kjemisk element med symbolet He og atomnummer 2. Det er en sjelden atmosfærisk gass, fargeløs, smakløs, smakløs, giftfri, ikke-brennbar, bare litt løselig i vann. Heliumkonsentrasjonen i atmosfæren er 5,24 x 10⁻⁴ volumprosent. Det har de laveste koke- og smeltepunktene av alle elementene, og eksisterer bare som en gass, bortsett fra under ekstremt kalde forhold.

Helium transporteres primært som gassformig eller flytende helium og brukes i kjernereaktorer, halvledere, lasere, lyspærer, superledning, instrumentering, halvledere og fiberoptikk, kryogen, MR og FoU-laboratorieforskning.

Lavtemperaturkald kilde

Helium brukes som et kryogent kjølemiddel for kryogene kjølekilder, som magnetisk resonansavbildning (MRI), kjernemagnetisk resonans (NMR)-spektroskopi, superledende kvantepartikkelakselerator, den store hadronkollideren, interferometer (SQUID), elektronspinnresonans (ESR) og superledende magnetisk energilagring (SMES), MHD-superledende generatorer, superledende sensorer, kraftoverføring, maglev-transport, massespektrometer, superledende magnet, sterke magnetfeltseparatorer, ringformede superledende magneter for fusjonsreaktorer og annen kryogen forskning. Helium kjøler ned kryogene superledende materialer og magneter til nær absolutt nullpunkt, hvor superlederens motstand plutselig synker til null. Den svært lave motstanden til en superleder skaper et kraftigere magnetfelt. Når det gjelder MR-utstyr som brukes på sykehus, produserer sterkere magnetfelt flere detaljer i radiografiske bilder.

Helium brukes som superkjølemiddel fordi helium har de laveste smelte- og kokepunktene, ikke størkner ved atmosfæretrykk og 0 K, og helium er kjemisk inert, noe som gjør det nesten umulig å reagere med andre stoffer. I tillegg blir helium superfluid under 2,2 Kelvin. Frem til nå har den unike ultramobiliteten ikke blitt utnyttet i noen industriell anvendelse. Ved temperaturer under 17 Kelvin finnes det ingen erstatning for helium som kjølemiddel i kryogenkilder.

Luftfart og romfart

Helium brukes også i ballonger og luftskip. Fordi helium er lettere enn luft, er luftskip og ballonger fylt med helium. Helium har fordelen av å være ikke-brennbart, selv om hydrogen er mer oppdriftsdyktig og har en lavere unnslippningsrate fra membranen. En annen sekundær bruk er i rakettteknologi, der helium brukes som et tapsmedium for å fortrenge drivstoff og oksidasjonsmiddel i lagringstanker og kondensere hydrogen og oksygen for å lage rakettdrivstoff. Det kan også brukes til å fjerne drivstoff og oksidasjonsmiddel fra bakkestøtteutstyr før oppskyting, og kan forkjøle flytende hydrogen i romfartøyet. I Saturn V-raketten som ble brukt i Apollo-programmet, var det behov for omtrent 370 000 kubikkmeter (13 millioner kubikkfot) helium for oppskyting.

Deteksjon og analyse av lekkasjer i rørledninger

En annen industriell bruk av helium er lekkasjedeteksjon. Lekkasjedeteksjon brukes til å oppdage lekkasjer i systemer som inneholder væsker og gasser. Fordi helium diffunderer gjennom faste stoffer tre ganger raskere enn luft, brukes det som sporgass for å oppdage lekkasjer i høyvakuumutstyr (som kryogene tanker) og høytrykksbeholdere. Objektet plasseres i et kammer, som deretter evakueres og fylles med helium. Selv ved lekkasjerater så lave som 10⁻⁹ mbar•L/s (10⁻⁹ Pa•m3/s), kan helium som slipper ut gjennom lekkasjen detekteres av en følsom enhet (et heliummassespektrometer). Måleprosedyren er vanligvis automatisert og kalles heliumintegrasjonstest. En annen, enklere metode er å fylle det aktuelle objektet med helium og manuelt søke etter lekkasjer ved hjelp av en håndholdt enhet.

Helium brukes til lekkasjedeteksjon fordi det er det minste molekylet og et monoatomisk molekyl, så helium lekker lett. Heliumgass fylles inn i objektet under lekkasjedeteksjon, og hvis det oppstår en lekkasje, vil heliummassespektrometeret kunne oppdage plasseringen av lekkasjen. Helium kan brukes til å oppdage lekkasjer i raketter, drivstofftanker, varmevekslere, gassledninger, elektronikk, TV-rør og andre produksjonskomponenter. Lekkasjedeteksjon ved hjelp av helium ble først brukt under Manhattan-prosjektet for å oppdage lekkasjer ved urananrikningsanlegg. Lekkasjedeteksjonshelium kan erstattes med hydrogen, nitrogen eller en blanding av hydrogen og nitrogen.

Sveising og metallbearbeiding

Heliumgass brukes som beskyttelsesgass i lysbuesveising og plasmasveising på grunn av dens høyere ioniseringspotensielle energi enn andre atomer. Heliumgass rundt sveisen forhindrer at metallet oksiderer i smeltet tilstand. Den høye ioniseringspotensielle energien til helium tillater plasmasveising av forskjellige metaller som brukes i konstruksjon, skipsbygging og luftfart, som titan, zirkonium, magnesium og aluminiumslegeringer. Selv om heliumet i beskyttelsesgassen kan erstattes av argon eller hydrogen, kan noen materialer (som titanhelium) ikke erstattes for plasmasveising. Fordi helium er den eneste gassen som er trygg ved høye temperaturer.

Et av de mest aktive utviklingsområdene er sveising av rustfritt stål. Helium er en inert gass, som betyr at den ikke gjennomgår noen kjemiske reaksjoner når den utsettes for andre stoffer. Denne egenskapen er spesielt viktig i sveisebeskyttelsesgasser.

Helium leder også varme godt. Det er derfor det ofte brukes i sveiser der det kreves høyere varmetilførsel for å forbedre sveisens fuktbarhet. Helium er også nyttig for hurtiggjøring.

Helium blandes vanligvis med argon i varierende mengder i beskyttelsesgassblandingen for å dra full nytte av de gode egenskapene til begge gassene. Helium fungerer for eksempel som en beskyttelsesgass for å gi bredere og grunnere penetrasjonsmåter under sveising. Men helium gir ikke den samme rengjøringen som argon.

Som et resultat vurderer metallprodusenter ofte å blande argon med helium som en del av arbeidsprosessen. For gassbeskyttet metallbuesveising kan helium utgjøre 25 % til 75 % av gassblandingen i helium/argon-blandingen. Ved å justere sammensetningen av den beskyttende gassblandingen kan sveiseren påvirke varmefordelingen i sveisen, som igjen påvirker formen på tverrsnittet til sveisemetallet og sveisehastigheten.

Elektronisk halvlederindustri

Som en inert gass er helium så stabilt at det knapt reagerer med andre elementer. Denne egenskapen gjør at det brukes som et skjold i lysbuesveising (for å forhindre forurensning av oksygen i luften). Helium har også andre kritiske bruksområder, som halvledere og produksjon av optiske fibre. I tillegg kan det erstatte nitrogen i dypdykking for å forhindre dannelse av nitrogenbobler i blodet, og dermed forhindre dykkersyke.

Globalt heliumsalgsvolum (2016–2027)

Det globale heliummarkedet nådde 1825,37 millioner amerikanske dollar i 2020 og forventes å nå 2742,04 millioner amerikanske dollar i 2027, med en sammensatt årlig vekstrate (CAGR) på 5,65 % (2021–2027). Bransjen er preget av stor usikkerhet i årene som kommer. Prognosedataene for 2021–2027 i denne artikkelen er basert på den historiske utviklingen de siste årene, meningene fra bransjeeksperter og meningene fra analytikere i denne artikkelen.

Heliumindustrien er svært konsentrert, kommer fra naturressurser, og har begrensede globale produsenter, hovedsakelig i USA, Russland, Qatar og Algerie. I verden er forbrukersektoren konsentrert i USA, Kina og Europa, og så videre. USA har en lang historie og en urokkelig posisjon i bransjen.

Mange selskaper har flere fabrikker, men de er vanligvis ikke i nærheten av sine målmarkeder. Derfor har produktet høye transportkostnader.

Siden de første fem årene har produksjonen vokst svært sakte. Helium er en ikke-fornybar energikilde, og det finnes retningslinjer i produsentlandene for å sikre fortsatt bruk. Noen spår at helium vil ta slutt i fremtiden.

Industrien har en høy andel import og eksport. Nesten alle land bruker helium, men bare noen få har heliumreserver.

Helium har et bredt spekter av bruksområder og vil bli tilgjengelig på stadig flere felt. Gitt knappheten på naturressurser, vil etterspørselen etter helium sannsynligvis øke i fremtiden, noe som vil kreve passende alternativer. Heliumprisene forventes å fortsette å stige fra 2021 til 2026, fra 13,53 dollar / m3 (2020) til 19,09 dollar / m3 (2027).

Industrien påvirkes av økonomi og politikk. Etter hvert som den globale økonomien tar seg opp igjen, er flere og flere opptatt av å forbedre miljøstandardene, spesielt i underutviklede regioner med store befolkninger og rask økonomisk vekst, og etterspørselen etter helium vil øke.

For tiden inkluderer store globale produsenter Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) og Gazprom (Ru), osv. I 2020 vil salgsandelen til de 6 største produsentene overstige 74 %. Det forventes at konkurransen i bransjen vil bli mer intens de neste årene.

HL Kryogenisk utstyr

På grunn av knappheten på flytende heliumressurser og den stigende prisen, er det viktig å redusere tapet og utvinningen av flytende helium i bruks- og transportprosessen.

HL Cryogenic Equipment, som ble grunnlagt i 1992, er et merke tilknyttet HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment er forpliktet til design og produksjon av høyvakuumisolerte kryogene rørsystemer og relatert støtteutstyr for å møte kundenes ulike behov. De vakuumisolerte rørene og den fleksible slangen er konstruert i et høyvakuum- og flerlags flerskjerms spesialisolert materiale, og går gjennom en rekke ekstremt strenge tekniske behandlinger og høyvakuumbehandling, som brukes til overføring av flytende oksygen, flytende nitrogen, flytende argon, flytende hydrogen, flytende helium, flytende etylengass LEG og flytende naturgass LNG.

Produktseriene med vakuummantlede rør, vakuummantlede slanger, vakuummantlede ventiler og faseseparatorer i HL Cryogenic Equipment Company, som har gjennomgått en rekke ekstremt strenge tekniske behandlinger, brukes til overføring av flytende oksygen, flytende nitrogen, flytende argon, flytende hydrogen, flytende helium, LEG og LNG, og disse produktene vedlikeholdes for kryogenisk utstyr (f.eks. kryogentanker, dewar-tanker og kjølebokser osv.) i industrier innen luftseparasjon, gasser, luftfart, elektronikk, superleder, brikker, automatiseringsmontering, mat og drikke, apotek, sykehus, biobanker, gummi, produksjon av nye materialer, kjemiteknikk, jern og stål og vitenskapelig forskning osv.

HL Cryogenic Equipment Company har blitt kvalifisert leverandør/leverandør av Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani og Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) osv.