Гелий - He белгісі және атомдық нөмірі 2 бар химиялық элемент. Ол сирек кездесетін атмосфералық газ, түссіз, дәмсіз, дәмсіз, улы емес, жанбайтын, суда аздап ериді. Атмосферадағы гелий концентрациясы көлемдік пайыз бойынша 5,24 x 10-4 құрайды. Ол кез келген элементтің ең төмен қайнау және балқу температураларына ие және өте суық жағдайлардан басқа жағдайда тек газ түрінде ғана өмір сүреді.

Гелий негізінен газ тәрізді немесе сұйық гелий түрінде тасымалданады және ядролық реакторларда, жартылай өткізгіштерде, лазерлерде, шамдарда, асқын өткізгіштікте, аспаптарда, жартылай өткізгіштерде және талшықты оптикада, криогендік, МРТ және ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарда қолданылады.

Төмен температуралы суық көз

Гелий криогенді салқындату көздері үшін криогенді салқындатқыш ретінде қолданылады, мысалы, магниттік-резонанстық томография (МРТ), ядролық магниттік-резонанстық (ЯМР) спектроскопиясы, асқын өткізгіш кванттық бөлшектердің үдеткіші, үлкен адрондық коллайдер, интерферометр (SQUID), электронды спиндік-резонанстық (ESR) және асқын өткізгіш магниттік энергия сақтау құрылғысы (SMES), MHD асқын өткізгіш генераторлары, асқын өткізгіш сенсор, қуат беру, маглев тасымалдау, масс-спектрометр, асқын өткізгіш магнит, күшті магнит өрісі сепараторлары, термоядролық реакторларға арналған сақиналы өріс асқын өткізгіш магниттері және басқа да криогендік зерттеулер. Гелий криогенді асқын өткізгіш материалдар мен магниттерді абсолютті нөлге дейін салқындатады, бұл кезде асқын өткізгіштің кедергісі кенеттен нөлге дейін төмендейді. Асқын өткізгіштің өте төмен кедергісі қуатты магнит өрісін тудырады. Ауруханаларда қолданылатын МРТ жабдықтары жағдайында күшті магнит өрістері радиографиялық кескіндерде көбірек бөлшектер береді.

Гелий аса салқындатқыш ретінде қолданылады, себебі гелийдің балқу және қайнау температуралары ең төмен, атмосфералық қысымда және 0 К кезінде қатып қалмайды, ал гелий химиялық тұрғыдан инертті, сондықтан басқа заттармен әрекеттесу мүмкін емес. Сонымен қатар, гелий 2,2 Кельвиннен төмен температурада аса сұйық күйге айналады. Осы уақытқа дейін бұл ерекше ультрақозғалғыштық ешқандай өнеркәсіптік қолданыста пайдаланылмаған. 17 Кельвиннен төмен температурада криогендік көзде хладагент ретінде гелийдің орнын басатын ештеңе жоқ.

Аэронавтика және ғарышкерлік

Гелий әуе шарлары мен әуе кемелерінде де қолданылады. Гелий ауадан жеңіл болғандықтан, әуе кемелері мен әуе шарлары гелиймен толтырылады. Гелийдің жанбайтындығымен ерекшеленеді, дегенмен сутегі қалқып жүруге бейім және мембранадан шығу жылдамдығы төмен. Тағы бір қосымша қолданылуы зымыран технологиясында, мұнда гелий сақтау цистерналарындағы отын мен тотықтырғышты ығыстыру және зымыран отынын жасау үшін сутегі мен оттегін конденсациялау үшін шығын ортасы ретінде қолданылады. Оны ұшыру алдында жердегі тірек жабдықтарынан отын мен тотықтырғышты алып тастау үшін де пайдалануға болады және ғарыш кемесіндегі сұйық сутекті алдын ала салқындата алады. «Аполлон» бағдарламасында қолданылған «Сатурн V» зымыранында ұшыру үшін шамамен 370 000 текше метр (13 миллион текше фут) гелий қажет болды.

Құбырдың ағып кетуін анықтау және талдау

Гелийдің тағы бір өнеркәсіптік қолданылуы - ағып кетуді анықтау. Ағып кетуді анықтау сұйықтықтар мен газдар бар жүйелердегі ағып кетулерді анықтау үшін қолданылады. Гелий қатты заттар арқылы ауаға қарағанда үш есе жылдам таралатындықтан, ол жоғары вакуумды жабдықтардағы (мысалы, криогендік бактар) және жоғары қысымды ыдыстардағы ағып кетулерді анықтау үшін индикатор газы ретінде қолданылады. Нысан камераға орналастырылады, содан кейін ол эвакуацияланып, гелиймен толтырылады. Тіпті ағып кету жылдамдығы 10-9 мбар•л/с (10-10 Па•м3/с) төмен болғанның өзінде, ағып кету арқылы шыққан гелий сезімтал құрылғымен (гелий массалық спектрометрі) анықталуы мүмкін. Өлшеу процедурасы әдетте автоматтандырылған және гелий интеграциялық сынағы деп аталады. Тағы бір қарапайым әдіс - қарастырылып отырған нысанды гелиймен толтыру және қол құрылғысын пайдаланып ағып кетулерді қолмен іздеу.

Гелий ағып кетуді анықтау үшін қолданылады, себебі ол ең кішкентай молекула және моноатомды молекула болып табылады, сондықтан гелий оңай ағып кетеді. Ағып кетуді анықтау кезінде гелий газы нысанға толтырылады, ал ағып кету орын алса, гелий масс-спектрометрі ағып кету орнын анықтай алады. Гелийді зымырандардағы, отын бактарындағы, жылу алмастырғыштардағы, газ желілеріндегі, электроникадағы, ТЕЛЕДИДАР түтіктеріндегі және басқа да өндірістік компоненттердегі ағып кетулерді анықтау үшін пайдалануға болады. Гелийді пайдаланып ағып кетуді анықтау алғаш рет Манхэттен жобасы кезінде уран байыту зауыттарындағы ағып кетулерді анықтау үшін қолданылды. Ағып кетуді анықтау гелийін сутегімен, азотпен немесе сутегі мен азот қоспасымен ауыстыруға болады.

Дәнекерлеу және металл өңдеу

Гелий газы доғалық дәнекерлеуде және плазмалық доғалық дәнекерлеуде қорғаныс газы ретінде қолданылады, себебі оның иондану потенциалы басқа атомдарға қарағанда жоғары. Дәнекерлеу жерінің айналасындағы гелий газы металдың балқыған күйде тотығуына жол бермейді. Гелийдің жоғары иондану потенциалы энергиясы құрылыста, кеме жасауда және аэроғарыш саласында қолданылатын титан, цирконий, магний және алюминий қорытпалары сияқты әртүрлі металдарды плазмалық доғалық дәнекерлеуге мүмкіндік береді. Қорғаныс газындағы гелий аргонмен немесе сутегімен алмастырылуы мүмкін болса да, кейбір материалдарды (мысалы, титан гелийі) плазмалық доғалық дәнекерлеу үшін алмастыра алмайды. Себебі гелий жоғары температурада қауіпсіз жалғыз газ болып табылады.

Дамудың ең белсенді салаларының бірі - тот баспайтын болаттан дәнекерлеу. Гелий - инертті газ, яғни ол басқа заттармен әрекеттескенде ешқандай химиялық реакцияларға түспейді. Бұл сипаттама дәнекерлеуден қорғайтын газдарда ерекше маңызды.

Гелий жылуды жақсы өткізеді. Сондықтан ол дәнекерлеу кезінде жиі қолданылады, мұнда дәнекерлеудің ылғалдануын жақсарту үшін жоғары жылу шығыны қажет. Гелий жылдамдықты арттыру үшін де пайдалы.

Гелий әдетте екі газдың да жақсы қасиеттерін толық пайдалану үшін қорғаныс газ қоспасында әртүрлі мөлшерде аргонмен араластырылады. Мысалы, гелий дәнекерлеу кезінде кеңірек және таяз ену режимдерін қамтамасыз етуге көмектесетін қорғаныс газы ретінде әрекет етеді. Бірақ гелий аргон сияқты тазартуды қамтамасыз етпейді.

Нәтижесінде, металл өндірушілері көбінесе аргонды гелиймен араластыруды жұмыс процесінің бөлігі ретінде қарастырады. Газбен қорғалған металл доғалық дәнекерлеу үшін гелий/аргон қоспасындағы газ қоспасының 25%-дан 75%-ға дейінін құрауы мүмкін. Қорғаныш газ қоспасының құрамын реттеу арқылы дәнекерлеуші ​​дәнекерлеудің жылу таралуына әсер ете алады, бұл өз кезегінде дәнекерленген металдың көлденең қимасының пішініне және дәнекерлеу жылдамдығына әсер етеді.

Электронды жартылай өткізгіштер өнеркәсібі

Инертті газ ретінде гелий соншалықты тұрақты, сондықтан ол басқа элементтермен әрекеттеспейді. Бұл қасиеті оны доғалық дәнекерлеуде қалқан ретінде пайдалануға мүмкіндік береді (ауадағы оттегінің ластануын болдырмау үшін). Гелийдің жартылай өткізгіштер және оптикалық талшық өндірісі сияқты басқа да маңызды қолданыстары бар. Сонымен қатар, ол терең сүңгу кезінде азотты алмастыра алады, бұл қан ағымында азот көпіршіктерінің пайда болуына жол бермейді, осылайша сүңгу ауруының алдын алады.

Әлемдік гелий сатылымының көлемі (2016-2027)

Әлемдік гелий нарығы 2020 жылы АҚШ-та 1825,37 миллион АҚШ долларына жетті және 2027 жылы 2742,04 миллион АҚШ долларына жетеді деп күтілуде, жылдық өсу қарқыны (CAGR) 5,65% құрайды (2021-2027). Алдағы жылдары салада үлкен белгісіздік бар. Осы мақаладағы 2021-2027 жылдарға арналған болжамдық деректер соңғы бірнеше жылдағы тарихи дамуға, сала сарапшыларының пікірлеріне және осы мақаладағы аналитиктердің пікірлеріне негізделген.

Гелий өнеркәсібі жоғары шоғырланған, табиғи ресурстардан алынады және әлемдік өндірушілер саны шектеулі, негізінен АҚШ, Ресей, Катар және Алжирде. Әлемде тұтыну секторы АҚШ, Қытай, Еуропа және т.б. елдерде шоғырланған. Америка Құрама Штаттарының саладағы ұзақ тарихы және мызғымас орны бар.

Көптеген компаниялардың бірнеше зауыттары бар, бірақ олар әдетте мақсатты тұтынушы нарықтарына жақын орналаспайды. Сондықтан өнімді тасымалдау құны жоғары.

Алғашқы бес жылдан бастап өндіріс өте баяу өсті. Гелий жаңартылмайтын энергия көзі болып табылады және өндіруші елдерде оны үздіксіз пайдалануды қамтамасыз ету үшін саясат жүргізілуде. Кейбіреулер гелийдің болашақта таусылатынын болжайды.

Өнеркәсіптің импорт пен экспорттың үлесі жоғары. Барлық дерлік елдер гелий пайдаланады, бірақ тек бірнешеуінде ғана гелий қоры бар.

Гелийдің қолданылу аясы кең және ол барған сайын көптеген салаларда қолжетімді болады. Табиғи ресурстардың тапшылығын ескере отырып, болашақта гелийге деген сұраныс артуы мүмкін, бұл тиісті баламаларды қажет етеді. Гелий бағасы 2021 жылдан 2026 жылға дейін $13,53/м3-тен (2020) $19,09/м3-ке дейін (2027) өсе береді деп күтілуде.

Өнеркәсіпке экономика мен саясат әсер етеді. Әлемдік экономика қалпына келген сайын, әсіресе халқы көп және экономикалық өсуі жылдам дамыған аймақтарда қоршаған орта стандарттарын жақсартуға көбірек адамдар алаңдайды, гелийге деген сұраныс артады.

Қазіргі уақытта әлемдік ірі өндірушілердің қатарына Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) және Gazprom (Ru) және т.б. кіреді. 2020 жылы 6 үздік өндірушінің сату үлесі 74%-дан асады. Алдағы бірнеше жылда саладағы бәсекелестік күшейе түседі деп күтілуде.

HL криогендік жабдықтары

Сұйық гелий ресурстарының тапшылығына және бағасының өсуіне байланысты, оны пайдалану және тасымалдау процесінде сұйық гелийдің жоғалуын және қалпына келуін азайту маңызды.

1992 жылы құрылған HL Cryogenic Equipment компаниясы HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd компаниясымен байланысты бренд болып табылады. HL Cryogenic Equipment компаниясы тұтынушылардың әртүрлі қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін жоғары вакуумды оқшауланған криогендік құбыр жүйесін және онымен байланысты қолдау жабдықтарын жобалауға және өндіруге міндеттенеді. Вакуумды оқшауланған құбыр мен икемді шланг жоғары вакуумды және көп қабатты көп экранды арнайы оқшауланған материалдардан жасалған және сұйық оттегіні, сұйық азотты, сұйық аргонды, сұйық сутегін, сұйық гелийді, сұйытылған этилен газын және сұйытылған табиғи газды LEG тасымалдау үшін қолданылатын бірқатар өте қатаң техникалық өңдеулер мен жоғары вакуумды өңдеуден өтеді.

HL Cryogenic Equipment Company компаниясының өте қатаң техникалық өңдеулерден өткен вакуумдық қаптамалы құбыр, вакуумдық қаптамалы шланг, вакуумдық қаптамалы клапан және фазалық бөлгіш өнімдер сериясы сұйық оттегін, сұйық азотты, сұйық аргонды, сұйық сутегін, сұйық гелийді, LEG және LNG тасымалдау үшін қолданылады және бұл өнімдер ауа бөлу, газдар, авиация, электроника, өткізгіштік, чиптер, автоматика құрастыру, тамақ және сусындар, дәріхана, аурухана, биобанк, резеңке, жаңа материалдар өндірісі, химиялық инженерия, темір және болат, ғылыми зерттеулер және т.б. салаларындағы криогендік жабдықтарға (мысалы, криогендік бактар, дьюарлар және суық жәшіктер және т.б.) қызмет көрсетіледі.

HL Cryogenic Equipment Company компаниясы Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani және Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) және т.б. компанияларының білікті жеткізушісі/сатушысына айналды.