هلیم یک عنصر شیمیایی با نماد He و عدد اتمی 2 است. این گاز جوی کمیاب، بی رنگ، بی مزه، بی مزه، غیر سمی، غیر قابل اشتعال، فقط کمی در آب محلول است. غلظت هلیوم در اتمسفر 5.24×10-4 درصد حجمی است. کمترین نقطه جوش و ذوب را در بین هر عنصری دارد و فقط به صورت گاز وجود دارد، مگر در شرایط بسیار سرد.

هلیوم عمدتاً به صورت گاز یا مایع انتقال می یابد و در راکتورهای هسته ای، نیمه هادی ها، لیزرها، لامپ ها، ابررسانایی، ابزار دقیق، نیمه هادی ها و فیبر نوری، برودتی، MRI و تحقیقات آزمایشگاهی تحقیق و توسعه استفاده می شود.

منبع سرد دمای پایین

هلیوم به عنوان یک خنک کننده برودتی برای منابع خنک کننده برودتی استفاده می شود، مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR)، شتاب دهنده ذرات کوانتومی ابررسانا، برخورد دهنده بزرگ هادرون، تداخل سنج (SQUID)، تشدید اسپین الکترون (ESR) و ذخیره انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES)، ژنراتورهای ابررسانا MHD، حسگر ابررسانا، انتقال نیرو، حمل و نقل مغناطیسی، طیف سنج جرمی، آهنربای ابررسانا، جداکننده های میدان مغناطیسی قوی، آهنرباهای ابررسانای میدان حلقوی برای راکتورهای همجوشی و سایر تحقیقات برودتی. هلیوم مواد ابررسانا و آهنرباهای برودتی را تا نزدیک به صفر مطلق خنک می کند، در این نقطه مقاومت ابررسانا به طور ناگهانی به صفر می رسد. مقاومت بسیار کم یک ابررسانا میدان مغناطیسی قوی تری ایجاد می کند. در مورد تجهیزات MRI که در بیمارستان ها استفاده می شود، میدان های مغناطیسی قوی تر جزئیات بیشتری را در تصاویر رادیوگرافی ایجاد می کند.

هلیوم به عنوان یک خنک کننده فوق العاده استفاده می شود زیرا هلیم دارای کمترین نقطه ذوب و جوش است، در فشار اتمسفر و 0 K جامد 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 به ابر سیال تبدیل می شود. تا به حال، فوق تحرک منحصر به فرد در هیچ کاربرد صنعتی مورد بهره برداری قرار نگرفته است. در دمای زیر 17 کلوین، هیچ جایگزینی برای هلیوم به عنوان مبرد در منبع برودتی وجود ندارد.

هوانوردی و فضانوردی

هلیوم در بالن ها و کشتی های هوایی نیز استفاده می شود. از آنجایی که هلیوم از هوا سبک تر است، کشتی های هوایی و بالن ها با هلیوم پر می شوند. هلیوم دارای مزیت غیر قابل اشتعال است، اگرچه هیدروژن شناورتر است و سرعت فرار کمتری از غشاء دارد. کاربرد ثانویه دیگر در فناوری موشک است، که در آن هلیوم به عنوان یک محیط تلفات برای جابجایی سوخت و اکسید کننده در مخازن ذخیره سازی و متراکم کردن هیدروژن و اکسیژن برای ساخت سوخت موشک استفاده می شود. همچنین می تواند برای حذف سوخت و اکسید کننده از تجهیزات پشتیبانی زمینی قبل از پرتاب استفاده شود و می تواند هیدروژن مایع را در فضاپیما از قبل خنک کند. در موشک Saturn V مورد استفاده در برنامه آپولو، حدود 370000 متر مکعب هلیوم (13 میلیون فوت مکعب) برای پرتاب مورد نیاز بود.

تشخیص نشت خط لوله و تجزیه و تحلیل تشخیص

یکی دیگر از کاربردهای صنعتی هلیوم نشت یابی 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 در مواد جامد پخش می شود، به عنوان گاز ردیاب برای تشخیص نشت در تجهیزات با خلاء بالا (مانند مخازن برودتی) و مخازن فشار بالا استفاده می شود. جسم در محفظه ای قرار می گیرد که سپس تخلیه شده و با هلیوم پر می شود. حتی در نرخ های نشتی کمتر از 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s)، خروج هلیوم از طریق نشت توسط یک دستگاه حساس (یک طیف سنج جرمی هلیوم) قابل تشخیص است. روش اندازه گیری معمولاً خودکار است و آزمایش یکپارچه سازی هلیوم نامیده می شود. روش ساده‌تر دیگر پر کردن جسم مورد نظر با هلیوم و جستجوی دستی برای نشت با استفاده از یک دستگاه دستی است.

هلیوم برای تشخیص نشت استفاده می شود زیرا کوچکترین مولکول است و یک مولکول تک اتمی است، بنابراین هلیوم به راحتی نشت می کند. گاز هلیوم در هنگام تشخیص نشت در جسم پر می شود و در صورت بروز نشتی، طیف سنج جرمی هلیوم می تواند محل نشتی را تشخیص دهد. هلیوم را می توان برای تشخیص نشتی در موشک ها، مخازن سوخت، مبدل های حرارتی، خطوط گاز، الکترونیک، لوله های TELEVISION و سایر اجزای سازنده استفاده کرد. تشخیص نشت با استفاده از هلیوم اولین بار در طول پروژه منهتن برای شناسایی نشت در کارخانه های غنی سازی اورانیوم مورد استفاده قرار گرفت. هلیوم تشخیص نشت را می توان با هیدروژن، نیتروژن یا مخلوطی از هیدروژن و نیتروژن جایگزین کرد.

جوشکاری و فلزکاری

گاز هلیوم به دلیل انرژی پتانسیل یونیزاسیون بالاتر نسبت به سایر اتم ها به عنوان یک گاز محافظ در جوشکاری قوس الکتریکی و جوشکاری قوس پلاسما استفاده می شود. گاز هلیوم در اطراف جوش از اکسید شدن فلز در حالت مذاب جلوگیری می کند. انرژی پتانسیل یونیزاسیون بالای هلیوم امکان جوشکاری قوس پلاسما فلزات غیر مشابه مورد استفاده در ساخت و ساز، کشتی سازی و هوافضا مانند آلیاژهای تیتانیوم، زیرکونیوم، منیزیم و آلومینیوم را فراهم می کند. اگرچه هلیوم موجود در گاز محافظ را می توان با آرگون یا هیدروژن جایگزین کرد، برخی از مواد (مانند هلیوم تیتانیوم) را نمی توان برای جوشکاری قوس پلاسما جایگزین کرد. زیرا هلیوم تنها گازی است که در دماهای بالا ایمن است.

یکی از فعال ترین زمینه های توسعه جوشکاری فولاد ضد زنگ است. هلیوم یک گاز بی اثر است، به این معنی که وقتی در معرض مواد دیگر قرار می گیرد، هیچ واکنش شیمیایی انجام نمی دهد. این ویژگی به ویژه در گازهای محافظ جوشکاری اهمیت دارد.

هلیوم همچنین گرما را به خوبی هدایت می کند. به همین دلیل است که معمولاً در جوش هایی استفاده می شود که برای بهبود ترشوندگی جوش به گرمای بیشتری نیاز است. هلیوم برای افزایش سرعت نیز مفید است.

هلیوم معمولاً با آرگون در مقادیر مختلف در مخلوط گاز محافظ مخلوط می شود تا از خواص خوب هر دو گاز استفاده کامل کند. برای مثال هلیوم به عنوان یک گاز محافظ عمل می کند تا به ایجاد حالت های نفوذ گسترده تر و کم عمق در حین جوشکاری کمک کند. اما هلیوم تمیز کردن آرگون را فراهم نمی کند.

در نتیجه، سازندگان فلزات اغلب اختلاط آرگون با هلیوم را به عنوان بخشی از فرآیند کار خود در نظر می گیرند. برای جوشکاری قوس فلزی محافظ گاز، هلیوم ممکن است 25 تا 75 درصد از مخلوط گاز در مخلوط هلیوم/آرگون را تشکیل دهد. با تنظیم ترکیب مخلوط گاز محافظ، جوشکار می تواند بر توزیع حرارت جوش تأثیر بگذارد که به نوبه خود بر شکل مقطع فلز جوش و سرعت جوش تأثیر می گذارد.

صنعت نیمه هادی های الکترونیکی

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

حجم فروش جهانی هلیوم (2016-2027)

بازار جهانی هلیوم در سال 2020 به 1825.37 میلیون دلار رسید و انتظار می‌رود که در سال 2027 به 2742.04 میلیون دلار برسد، با نرخ رشد ترکیبی سالانه (CAGR) 5.65٪ (2021-2027). این صنعت در سال های آینده با عدم اطمینان زیادی روبرو است. داده های پیش بینی برای سال های 2021-2027 در این مقاله بر اساس تحولات تاریخی چند سال گذشته، نظرات کارشناسان صنعت و نظرات تحلیلگران در این مقاله است.

صنعت هلیوم بسیار متمرکز است و از منابع طبیعی تامین می‌شود و تولیدکنندگان جهانی محدودی دارد، 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 دارای تاریخ طولانی و موقعیت تزلزل ناپذیر در صنعت است.

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

از پنج سال اول، تولید بسیار کند رشد کرده است. هلیم یک منبع انرژی تجدید ناپذیر است و سیاست هایی در کشورهای تولید کننده برای اطمینان از استفاده مداوم از آن وجود دارد. برخی پیش بینی می کنند که هلیوم در آینده تمام خواهد شد.

این صنعت سهم بالایی از واردات و صادرات دارد. تقریباً همه کشورها از هلیوم استفاده می کنند، اما تنها تعداد کمی از آنها ذخایر هلیوم دارند.

هلیوم کاربردهای گسترده ای دارد و در زمینه های بیشتر و بیشتری در دسترس خواهد بود. با توجه به کمبود منابع طبیعی، تقاضا برای هلیوم احتمالاً در آینده افزایش می‌یابد که نیاز به جایگزین‌های مناسب دارد. انتظار می رود قیمت هلیوم از سال 2021 تا 2026 به افزایش خود ادامه دهد و از 13.53 دلار / متر مکعب (2020) به 19.09 دلار / متر مکعب (2027) برسد.

صنعت متاثر از اقتصاد و سیاست است. با بهبود اقتصاد جهانی، مردم بیشتر و بیشتری در مورد بهبود استانداردهای زیست محیطی نگران هستند، به ویژه در مناطق توسعه نیافته با جمعیت زیاد و رشد سریع اقتصادی، تقاضا برای هلیوم افزایش می یابد.

در حال حاضر، تولیدکنندگان بزرگ جهانی عبارتند از Rasgas، Linde Group، Air Chemical، ExxonMobil، Air Liquide (Dz) و Gazprom (Ru) و غیره. در سال 2020، سهم فروش 6 سازنده برتر از 74 درصد فراتر خواهد رفت. انتظار می رود که رقابت در این صنعت در چند سال آینده شدیدتر شود.

تجهیزات برودتی HL

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

HL Cryogenic Equipment که در سال 1992 تاسیس شد یک برند وابسته به شرکت تجهیزات برودتی HL Cryogenic Equipment Co.,Ltd است. تجهیزات برودتی HL متعهد به طراحی و ساخت سیستم لوله‌کشی برودتی عایق‌شده با خلاء بالا و تجهیزات پشتیبانی مربوطه برای رفع نیازهای مختلف مشتریان است. لوله عایق خلاء و شیلنگ منعطف در خلاء بالا و مواد عایق چند صفحه ای چند لایه ساخته شده است و از یک سری درمان های فنی بسیار سخت و عملیات خلاء بالا عبور می کند که برای انتقال اکسیژن مایع، نیتروژن مایع استفاده می شود. ، آرگون مایع، هیدروژن مایع، هلیوم مایع، گاز اتیلن مایع LEG و گاز طبیعی مایع LNG.

سری محصولات لوله وکیوم ژاکت دار، شیلنگ وکیوم ژاکت دار، شیر ژاکت دار و فاز جداکننده در شرکت تجهیزات برودتی HL که از یک سری درمان های فنی بسیار سخت عبور کرده است، برای انتقال اکسیژن مایع، نیتروژن مایع، آرگون مایع استفاده می شود. هیدروژن مایع، هلیوم مایع، LEG و LNG، و این محصولات برای تجهیزات برودتی (مانند مخازن برودتی، دیوار و جعبه‌های سرد و غیره) در صنایع جداسازی هوا، گازها، هوانوردی، الکترونیک، ابررساناها، تراشه‌ها، مونتاژ اتوماسیون، غذا و نوشیدنی، داروخانه، بیمارستان، بانک زیستی، لاستیک، ساخت مواد جدید مهندسی شیمی، آهن و فولاد، و تحقیقات علمی و غیره.

شرکت تجهیزات برودتی HL به تامین کننده/فروشنده واجد شرایط Linde، Air Liquide، Air Products (AP)، Praxair، Messer، BOC، Iwatani، و گروه کارخانه اکسیژن Hangzhou (Hangyang) و غیره تبدیل شده است.