هلیوم یک عنصر شیمیایی با نماد او و شماره اتمی 2 است. این یک گاز نادر جوی است ، بی رنگ ، بی مزه ، بی مزه ، غیر سمی ، غیر قابل گاز ، فقط کمی در آب محلول است. غلظت هلیوم در جو با درصد حجم 5.24 x 10-4 است. کمترین نقاط جوش و ذوب هر عنصر را دارد و فقط به عنوان گاز وجود دارد ، مگر در شرایط بسیار سرد.

هلیوم در درجه اول به عنوان هلیوم گازی یا مایع منتقل می شود و در راکتورهای هسته ای ، نیمه هادی ها ، لیزرها ، لامپ ها ، ابر هادی ، ابزار دقیق ، نیمه هادی ها و فیبر نوری ، کرایوژنیک ، MRI و تحقیقات آزمایشگاهی استفاده می شود.

منبع سرد درجه حرارت پایین

هلیوم به عنوان یک مایع خنک کننده کرایوژنیک برای منابع خنک کننده کرایوژنیک ، مانند تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI) ، طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ، شتاب دهنده ذرات کوانتومی ابررسانا ، برخورد هادرون بزرگ ، تداخل سنج (ماهی مرکب) ، رزونانس چرخش الکترونی (ESR) استفاده می شود. و ذخیره انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMEs) ، ژنراتور ابررسانا MHD ، سنسور ابررسانا ، انتقال قدرت ، حمل و نقل ماگلو ، طیف سنج جرمی ، مگنت سنج ابررسانه ای ، جداکننده های میدان مغناطیسی قوی ، آهنرباهای ابررسانا برای راکتورهای همجوشی و سایر تحقیقات کرایوژنیک. هلیوم مواد ابررسانا و آهن ربا را به صفر مطلق خنک می کند ، در این مرحله مقاومت ابررسانا ناگهان به صفر می رسد. مقاومت بسیار کم یک ابررسانا یک میدان مغناطیسی قدرتمندتر ایجاد می کند. در مورد تجهیزات MRI مورد استفاده در بیمارستان ها ، میدان های مغناطیسی قوی تر جزئیات بیشتری را در تصاویر رادیوگرافی تولید می کنند.

هلیوم به عنوان یک خنک کننده فوق العاده استفاده می شود زیرا هلیوم کمترین نقاط ذوب و جوش را دارد ، در فشار اتمسفر و 0 کیلوگرم محکم نمی شود و هلیوم از نظر شیمیایی بی اثر است و واکنش با سایر مواد را تقریبا غیرممکن می کند. علاوه بر این ، هلیوم زیر 2.2 کلوین فوق العاده می شود. تاکنون ، تحرک فوق العاده منحصر به فرد در هیچ کاربرد صنعتی مورد سوء استفاده قرار نگرفته است. در دمای زیر 17 کلوین ، هیچ جایگزینی برای هلیوم به عنوان مبرد در منبع کرایوژنیک وجود ندارد.

هوانوردی و فضانوردان

هلیوم همچنین در بادکنک ها و کشتی های هوایی استفاده می شود. از آنجا که هلیوم از هوا سبک تر است ، هواپیماهای هوایی و بادکنک پر از هلیوم هستند. هلیوم این مزیت را دارد که غیر قابل التهاب باشد ، اگرچه هیدروژن شناور تر است و میزان فرار کمتری از غشاء دارد. یکی دیگر از استفاده های ثانویه در فناوری موشک است ، جایی که از هلیوم به عنوان یک محیط ضرر برای جابجایی سوخت و اکسید کننده در مخازن ذخیره سازی و هیدروژن و اکسیژن متراکم برای ایجاد سوخت موشک استفاده می شود. همچنین می توان از آن برای از بین بردن سوخت و اکسید کننده از تجهیزات پشتیبانی زمین قبل از پرتاب استفاده کرد و می تواند هیدروژن مایع را در فضاپیما از قبل خنک کند. در موشک زحل V که در برنامه آپولو استفاده می شود ، برای راه اندازی حدود 370،000 متر مکعب (13 میلیون فوت مکعب) هلیوم مورد نیاز بود.

تجزیه و تحلیل نشت خط لوله

یکی دیگر از استفاده های صنعتی از هلیوم ، تشخیص نشت است. تشخیص نشت برای تشخیص نشت در سیستم های حاوی مایعات و گازها استفاده می شود. از آنجا که هلیوم سه برابر سریعتر از هوا از طریق مواد جامد پخش می شود ، از آن به عنوان یک گاز ردیاب برای تشخیص نشت در تجهیزات با فشار خون بالا (مانند مخازن کرایوژنیک) و عروق با فشار بالا استفاده می شود. جسم در یک محفظه قرار می گیرد که سپس تخلیه می شود و با هلیوم پر می شود. حتی با نرخ نشت به اندازه 10-9 MBAR • L / S (10-10 PA • M3 / S) ، فرار هلیوم از طریق نشت می تواند توسط یک دستگاه حساس (یک طیف سنج جرمی هلیوم) تشخیص داده شود. روش اندازه گیری معمولاً خودکار است و به آن تست ادغام هلیوم گفته می شود. روش دیگر ، ساده تر ، پر کردن شیء مورد نظر با هلیوم و جستجوی دستی نشت با استفاده از دستگاه دستی است.

هلیوم برای تشخیص نشت استفاده می شود زیرا کوچکترین مولکول است و یک مولکول موناتومیک است ، بنابراین هلیوم به راحتی نشت می کند. گاز هلیوم در هنگام تشخیص نشت به درون جسم پر می شود و در صورت بروز نشتی ، طیف سنج جرمی هلیوم قادر به تشخیص محل نشت خواهد بود. از هلیوم می توان برای تشخیص نشت در موشک ها ، مخازن سوخت ، مبدل حرارتی ، خطوط گاز ، الکترونیک ، لوله های تلویزیونی و سایر اجزای تولید استفاده کرد. تشخیص نشت با استفاده از هلیوم برای اولین بار در طول پروژه منهتن برای تشخیص نشت در گیاهان غنی سازی اورانیوم استفاده شد. هلیوم تشخیص نشت را می توان با هیدروژن ، نیتروژن یا مخلوطی از هیدروژن و نیتروژن جایگزین کرد.

جوشکاری و کار فلزی

از گاز هلیوم به عنوان گاز محافظ در جوش قوس و جوش قوس پلاسما به دلیل انرژی پتانسیل یونیزاسیون بالاتر نسبت به سایر اتم ها استفاده می شود. گاز هلیوم در اطراف جوش مانع از اکسیداسیون فلز در حالت مذاب می شود. انرژی پتانسیل یونیزاسیون بالا هلیوم امکان جوشکاری قوس پلاسما از فلزات متفاوت مورد استفاده در ساخت و ساز ، کشتی سازی و هوافضا مانند تیتانیوم ، زیرکونیوم ، منیزیم و آلیاژهای آلومینیوم را فراهم می کند. اگرچه هلیوم موجود در گاز محافظ را می توان با آرگون یا هیدروژن جایگزین کرد ، اما برخی از مواد (مانند تیتانیوم هلیوم) نمی توانند برای جوش قوس پلاسما جایگزین شوند. از آنجا که هلیوم تنها گاز است که در دماهای بالا بی خطر است.

یکی از فعال ترین مناطق توسعه ، جوشکاری فولاد ضد زنگ است. هلیوم یک گاز بی اثر است ، به این معنی که در هنگام قرار گرفتن در معرض سایر مواد ، هیچ گونه واکنش شیمیایی ایجاد نمی کند. این ویژگی به ویژه در گازهای حفاظت از جوش بسیار مهم است.

هلیوم همچنین گرما را به خوبی انجام می دهد. به همین دلیل است که معمولاً در جوش ها مورد استفاده قرار می گیرد که برای بهبود قابلیت خیس شدن جوش ، ورودی گرمای بالاتر لازم است. هلیوم نیز برای سرعت مفید است.

هلیوم معمولاً با آرگون در مقادیر مختلفی در مخلوط گاز محافظ مخلوط می شود تا از خواص خوب هر دو گاز استفاده کند. به عنوان مثال ، هلیوم به عنوان یک گاز محافظ عمل می کند تا به ارائه حالت های گسترده تر و کم عمق نفوذ در هنگام جوش کمک کند. اما هلیوم نظافتی را که آرگون انجام می دهد فراهم نمی کند.

در نتیجه ، تولید کنندگان فلز اغلب مخلوط کردن آرگون با هلیوم را به عنوان بخشی از روند کار خود می دانند. برای جوشکاری قوس فلزی محافظ گاز ، هلیوم ممکن است 25 ٪ تا 75 ٪ از مخلوط گاز در مخلوط هلیوم/آرگون باشد. با تنظیم ترکیب مخلوط گاز محافظ ، جوشکار می تواند بر توزیع گرما جوش تأثیر بگذارد ، که به نوبه خود بر شکل مقطع فلز جوش و سرعت جوش تأثیر می گذارد.

صنعت نیمه هادی الکترونیکی

به عنوان یک گاز بی اثر ، هلیوم آنقدر پایدار است که به سختی با هر عنصر دیگر واکنش نشان می دهد. این خاصیت باعث می شود که از آن به عنوان سپر در جوش قوس استفاده شود (برای جلوگیری از آلودگی اکسیژن در هوا). هلیوم همچنین کاربردهای مهم دیگری مانند نیمه هادی ها و تولید فیبر نوری دارد. علاوه بر این ، می تواند نیتروژن را در غواصی عمیق جایگزین کند تا از تشکیل حباب های نیتروژن در جریان خون جلوگیری شود ، بنابراین از بیماری غواصی جلوگیری می کند.

حجم فروش جهانی هلیوم (2016-2027)

بازار جهانی هلیوم در سال 2020 به 1825.37 میلیون دلار رسید و پیش بینی می شود در سال 2027 به 2742.04 میلیون دلار برسد و نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) 5.65 ٪ (2021-2027). این صنعت در سالهای آینده عدم اطمینان زیادی دارد. داده های پیش بینی شده برای 2021-2027 در این مقاله مبتنی بر توسعه تاریخی چند سال گذشته ، نظرات کارشناسان صنعت و نظرات تحلیلگران در این مقاله است.

صنعت هلیوم بسیار متمرکز است ، از منابع طبیعی تهیه شده است و تولید کنندگان جهانی را نیز محدود می کند ، عمدتاً در ایالات متحده ، روسیه ، قطر و الجزایر. در جهان ، بخش مصرف کننده در ایالات متحده ، چین و اروپا و غیره متمرکز است. ایالات متحده سابقه طولانی و موقعیتی غیرقابل توصیف در صنعت دارد.

بسیاری از شرکت ها چندین کارخانه دارند ، اما معمولاً به بازارهای مصرف کننده هدف خود نزدیک نیستند. بنابراین ، این محصول هزینه حمل و نقل بالایی دارد.

از پنج سال اول ، تولید بسیار آهسته رشد کرده است. هلیوم یک منبع انرژی غیر تجدید پذیر است و سیاست هایی در کشورهای تولید کننده برای اطمینان از ادامه استفاده از آن وجود دارد. برخی پیش بینی می کنند که هلیوم در آینده به پایان می رسد.

این صنعت نسبت بالایی از واردات و صادرات دارد. تقریباً همه کشورها از هلیوم استفاده می کنند ، اما فقط تعداد معدودی دارای ذخایر هلیوم هستند.

هلیوم دارای طیف گسترده ای از کاربردها است و در زمینه های بیشتر و بیشتر در دسترس خواهد بود. با توجه به کمبود منابع طبیعی ، احتمالاً تقاضا برای هلیوم در آینده افزایش می یابد و نیاز به گزینه های مناسب دارد. پیش بینی می شود قیمت هلیوم از سال 2021 به 2026 ، از 13.53 دلار در متر مکعب (2020) به 19.09 دلار در متر مکعب (2027) افزایش یابد.

این صنعت تحت تأثیر اقتصاد و سیاست قرار دارد. As the global economy recovers, more and more people are concerned about improving environmental standards, especially in underdeveloped regions with large populations and fast economic growth, the demand for helium will increase.

در حال حاضر ، تولید کنندگان عمده جهانی شامل Rasgas ، Linde Group ، Air Chemical ، ExxonMobil ، Air Liquide (DZ) و Gazprom (RU) و غیره در سال 2020 ، سهم فروش 6 تولید کنندگان برتر از 74 ٪ خواهد بود. انتظار می رود که در چند سال آینده رقابت در صنعت شدیدتر شود.

تجهیزات کرایوژنیک HL

با توجه به کمبود منابع هلیوم مایع و افزایش قیمت ، کاهش ضرر و بازیابی هلیوم مایع در فرآیند استفاده و حمل و نقل آن مهم است.

تجهیزات Cryogenic HL که در سال 1992 تأسیس شد ، یک برند وابسته به شرکت تجهیزات Cryogenic HL Company Cryogenic Equipment Co. ، Ltd است. تجهیزات Cryogenic HL به طراحی و ساخت سیستم لوله کشی کرایوژنیک عایق بندی شده با خلاء بالا و تجهیزات پشتیبانی مرتبط برای تأمین نیازهای مختلف مشتریان متعهد است. لوله عایق خلاء و شیلنگ انعطاف پذیر در خلاء بالا و مواد عایق خاص چند صفحه ای چند لایه ساخته شده و از طریق یک سری از درمان های فنی بسیار سخت و درمان خلاء بالا عبور می کند ، که برای انتقال اکسیژن مایع ، نیتروژن مایع استفاده می شود. ، آرگون مایع ، هیدروژن مایع ، هلیوم مایع ، پای گاز اتیلن مایع و گاز طبیعت مایع LNG.

سری محصولات لوله های جلیقه خلاء ، شیلنگ جیب خلاء ، دریچه جلیقه خلاء و جداکننده فاز در شرکت تجهیزات Cryogenic HL ، که از طریق یک سری از درمان های فنی بسیار سخت عبور می کند ، برای انتقال اکسیژن مایع ، نیتروژن مایع ، آرگون مایع استفاده می شود. هیدروژن مایع ، هلیوم مایع ، پا و LNG ، و این محصولات برای تجهیزات کرایوژنیک (به عنوان مثال مخازن کرایوژنیک ، Dewars و جعبه های سرد و غیره) در صنایع جداسازی هوا ، گازها ، حمل و نقل هوایی ، الکترونیک ، ابررسانا ، تراشه ، مونتاژ اتوماسیون ، مواد غذایی و مواد غذایی سرویس می شوند. نوشیدنی ، داروخانه ، بیمارستان ، بیوبانک ، لاستیک ، مهندسی شیمی تولید مواد جدید ، آهن و فولاد و تحقیقات علمی و غیره

شرکت تجهیزات Cryogenic HL به تأمین کننده/فروشنده واجد شرایط Linde ، Air Liquide ، محصولات هوایی (AP) ، Praxair ، Messer ، BOC ، Iwatani و گروه گیاه اکسیژن Hangzhou (Hangyang) و غیره تبدیل شده است.