الهيليوم هو عنصر كيميائي مع الرمز الذي هو والرقم الذري 2. إنه غاز نادر في الغلاف الجوي ، عديمة اللون ، لا طعم له ، لا طعم له ، غير سامة ، غير قابلة للاشتعال ، فقط قابل للذوبان قليلاً في الماء. تركيز الهيليوم في الغلاف الجوي هو 5.24 × 10-4 حسب نسبة الحجم. لديها أدنى نقاط غليان وذوبان في أي عنصر ، ولا يوجد إلا كغاز ، إلا في ظل ظروف باردة للغاية.

يتم نقل الهيليوم في المقام الأول كهيليوم غازي أو سائل ويستخدم في المفاعلات النووية ، أشباه الموصلات ، الليزر ، المصابيح الكهربائية ، الموصلية الفائقة ، الأجهزة ، الموصلات شبه الموصلات ، البصريات الألياف ، أبحاث مختبر المبردة ، التصوير بالرنين المغناطيسي والبحث والتطوير.

المصدر البارد المنخفض لدرجة الحرارة

يستخدم الهيليوم كمبرد مبرد لمصادر التبريد المبردة ، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي) ، مطياف الرنين المغناطيسي النووي (NMR) ، مسرع جسيمات الكمية الفائقة التوصيل ، ومصعد هادرون الكبير ، مقياس التداخل (Squid) ، الدوران الإلكترون (ESR) وتخزين الطاقة المغناطيسية الفائقة (SMEs) ، مولدات التوصيل الفائقة MHD ، مستشعر التوصيل الفائق ، نقل الطاقة ، نقل Maglev ، مطياف الكتلة ، المغناطيس الفائق الموصل ، فواصل المجال المغناطيسي القوي ، المغناطيس الفائق الحقل الحلقي لمفاعلات الاندماج وغيرها من الأبحاث المبردة. يبرد الهيليوم المواد المبردة الموصل والمغناطيس إلى القريبة من الصفر المطلق ، وعندها تنخفض مقاومة الموصل الفائق فجأة إلى الصفر. إن المقاومة المنخفضة جدًا للموصل الفائق تخلق مجالًا مغناطيسيًا أكثر قوة. في حالة معدات التصوير بالرنين المغناطيسي المستخدمة في المستشفيات ، تنتج الحقول المغناطيسية أقوى المزيد من التفاصيل في الصور الشعاعية.

يتم استخدام الهيليوم كمبرد فائق لأن الهيليوم يحتوي على أدنى نقاط ذوبان وغليان ، ولا يتلوى في الضغط الجوي و 0 K ، والهيليوم خامل كيميائيًا ، مما يجعل من المستحيل تقريبًا الرد مع المواد الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يصبح الهيليوم فائقًا أقل من 2.2 كيلفن. حتى الآن ، لم يتم استغلال القابلية الفائقة الفريدة في أي تطبيق صناعي. في درجات حرارة أقل من 17 كيلفن ، لا يوجد بديل للهيليوم كمبرد في المصدر المبرد.

ملاحة الطيران والفضاء

يستخدم الهيليوم أيضًا في البالونات والهالة. لأن الهيليوم أخف وزنا من الهواء ، والهواء والبالونات مليئة بالهيليوم. تتمتع الهيليوم بميزة كونها غير قابلة للارتداد ، على الرغم من أن الهيدروجين أكثر ازدهارًا ولديه معدل هروب أقل من الغشاء. هناك استخدام ثانوي آخر في تكنولوجيا الصواريخ ، حيث يتم استخدام الهيليوم كوسيلة خسارة لإزاحة الوقود والمؤكسد في خزانات التخزين وتكثيف الهيدروجين والأكسجين لصنع وقود الصواريخ. يمكن أيضًا استخدامه لإزالة الوقود والمؤكسد من معدات دعم الأرض قبل الإطلاق ، ويمكن أن يكون الهيدروجين السائل قبل المربعات في المركبة الفضائية. في صاروخ Saturn V المستخدم في برنامج Apollo ، كان هناك حاجة إلى إطلاق حوالي 370،000 متر مكعب (13 مليون قدم مكعب) من الهيليوم.

تحليل تسرب خط الأنابيب وتحليل الكشف

الاستخدام الصناعي الآخر للهيليوم هو اكتشاف التسرب. يستخدم الكشف عن التسرب للكشف عن التسريبات في الأنظمة التي تحتوي على السوائل والغازات. نظرًا لأن الهيليوم ينتشر عبر المواد الصلبة أسرع بثلاث مرات من الهواء ، يتم استخدامه كغاز تتبع للكشف عن التسريبات في المعدات عالية الفقر (مثل الخزانات المبردة) والأوعية ذات الضغط العالي. يتم وضع الكائن في غرفة ، ثم يتم إجلاؤها ومليئة بالهيليوم. Even at leakage rates as low as 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s), helium escaping through the leak can be detected by a sensitive device (a helium mass spectrometer). عادة ما يكون إجراء القياس آليًا ويسمى اختبار تكامل الهيليوم. طريقة أخرى أبسط هي ملء الكائن المعني بالهيليوم والبحث يدويًا عن التسريبات باستخدام جهاز محمول.

يستخدم الهيليوم للكشف عن التسرب لأنه أصغر جزيء وهو جزيء أحادي ، لذلك يتسرب الهيليوم بسهولة. يتم ملء غاز الهيليوم في الكائن أثناء اكتشاف التسرب ، وإذا حدث تسرب ، فسيتمكن مقياس كتلة الهيليوم من اكتشاف موقع التسرب. يمكن استخدام الهيليوم للكشف عن التسريبات في الصواريخ وخزانات الوقود والمبادلات الحرارية وخطوط الغاز والإلكترونيات وأنابيب التلفزيون ومكونات التصنيع الأخرى. تم استخدام الكشف عن التسرب باستخدام الهيليوم لأول مرة خلال مشروع مانهاتن للكشف عن التسريبات في مصانع تخصيب اليورانيوم. يمكن استبدال الهيليوم الكشف عن التسرب بالهيدروجين أو النيتروجين أو مزيج من الهيدروجين والنيتروجين.

اللحام والعمل المعدني

يتم استخدام غاز الهيليوم كغاز وقائي في اللحام القوس واللحام القوس في البلازما بسبب ارتفاع الطاقة المؤينة من الذرات الأخرى. غاز الهيليوم حول اللحام يمنع المعدن من التأكسد في الحالة المنصهرة. تتيح طاقة الهيليوم ذات التأين العالية للهيليوم لحام القوس البلازما للمعادن المختلفة المستخدمة في البناء ، وبناء السفن ، والفضاء ، مثل التيتانيوم والزركونيوم والمغنيسيوم والألومنيوم. على الرغم من أنه يمكن استبدال الهيليوم في الغاز التدريبي بالأرجون أو الهيدروجين ، إلا أنه لا يمكن استبدال بعض المواد (مثل هيليوم التيتانيوم) لحام قوس البلازما. لأن الهيليوم هو الغاز الوحيد الآمن في درجات حرارة عالية.

واحدة من أكثر مجالات التطوير نشاطًا هي اللحام الفولاذ المقاوم للصدأ. الهيليوم هو غاز خامل ، مما يعني أنه لا يخضع لأي تفاعلات كيميائية عند تعرضه للمواد الأخرى. هذه الخاصية مهمة بشكل خاص في غازات حماية اللحام.

الهيليوم أيضا يدير الحرارة بشكل جيد. هذا هو السبب في أنه شائع الاستخدام في اللحامات حيث يلزم وجود مدخلات حرارة أعلى لتحسين قابلية اللحام. الهيليوم مفيد أيضا للسرعة.

عادة ما يتم خلط الهيليوم مع الأرجون بكميات متفاوتة في خليط الغاز الواقي للاستفادة الكاملة من الخصائص الجيدة لكلا الغازتين. الهيليوم ، على سبيل المثال ، يعمل كغاز وقائي للمساعدة في توفير أنماط الاختراق أوسع وضحل أثناء اللحام. لكن الهيليوم لا يوفر التنظيف الذي يفعله الأرجون.

نتيجة لذلك ، غالباً ما يفكر مصنعو المعادن في خلط الأرجون مع الهيليوم كجزء من عملية عملهم. بالنسبة للحام القوس المعدني المحمي من الغاز ، قد يشكل الهيليوم 25 ٪ إلى 75 ٪ من خليط الغاز في خليط الهيليوم/الأرجون. من خلال ضبط تكوين خليط الغاز الواقي ، يمكن أن يؤثر اللحام على توزيع الحرارة للحام ، والذي يؤثر بدوره على شكل المقطع العرضي للمعدن اللحام وسرعة اللحام.

صناعة أشباه الموصلات الإلكترونية

كغاز خامل ، الهليوم مستقر لدرجة أنه بالكاد يتفاعل مع أي عناصر أخرى. هذه الخاصية تجعلها تستخدم كدرع في اللحام القوس (لمنع تلوث الأكسجين في الهواء). يحتوي الهيليوم أيضًا على تطبيقات مهمة أخرى ، مثل أشباه الموصلات وتصنيع الألياف البصرية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يحل محل النيتروجين في الغوص العميق لمنع تكوين فقاعات النيتروجين في مجرى الدم ، وبالتالي منع مرض الغوص.

حجم مبيعات الهيليوم العالمي (2016-2027)

بلغ سوق الهيليوم العالمي 1825.37 مليون دولار أمريكي في عام 2020 ، ومن المتوقع أن يصل إلى 2742.04 مليون دولار أمريكي في عام 2027 ، مع معدل نمو سنوي مركب (CAGR) بنسبة 5.65 ٪ (2021-2027). الصناعة لديها عدم اليقين الكبير في السنوات القادمة. تستند بيانات التنبؤ في 2021-2027 في هذه الورقة إلى التطور التاريخي للسنوات القليلة الماضية ، وآراء خبراء الصناعة وآراء المحللين في هذه الورقة.

صناعة الهيليوم مركزة للغاية ، ومصدرها من الموارد الطبيعية ، ولديها الشركات المصنعة العالمية المحدودة ، وخاصة في الولايات المتحدة وروسيا وقطر والجزائر. في العالم ، يتركز قطاع المستهلك في الولايات المتحدة والصين وأوروبا وما إلى ذلك. الولايات المتحدة لها تاريخ طويل وموقف لا يتزعزع في هذه الصناعة.

العديد من الشركات لديها العديد من المصانع ، لكنها عادة لا تكون قريبة من أسواق المستهلك المستهدفة. لذلك ، يتمتع المنتج بتكلفة نقل عالية.

منذ السنوات الخمس الأولى ، نما الإنتاج ببطء شديد. الهيليوم مصدر غير قابل للتجديد ، والسياسات موجودة في البلدان المنتجة لضمان استخدامها المستمر. يتوقع البعض أن الهيليوم سوف ينفد في المستقبل.

الصناعة لديها نسبة عالية من الواردات والصادرات. تستخدم جميع البلدان تقريبًا الهيليوم ، ولكن هناك عدد قليل فقط من احتياطيات الهيليوم.

يحتوي الهيليوم على مجموعة واسعة من الاستخدامات وسيكون متاحًا في المزيد والمزيد من الحقول. بالنظر إلى ندرة الموارد الطبيعية ، من المحتمل أن يزداد الطلب على الهيليوم في المستقبل ، مما يتطلب بدائل مناسبة. من المتوقع أن تستمر أسعار الهيليوم من 2021 إلى 2026 ، من 13.53 دولار / م 3 (2020) إلى 19.09 دولار / م 3 (2027).

تتأثر الصناعة بالاقتصاد والسياسة. 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.

At present, major global manufacturers include Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) and Gazprom (Ru), etc. In 2020, the sales share of Top 6 manufacturers will exceed 74%. من المتوقع أن تصبح المنافسة في الصناعة أكثر كثافة في السنوات القليلة المقبلة.

HL المعدات المبردة

نظرًا لندرة موارد الهيليوم السائلة والسعر المتزايد ، من المهم تقليل فقدان الهيليوم السائل واستعادةه في عملية استخدامه ونقله.

HL Cryogenic Equipment التي تأسست في عام 1992 هي علامة تجارية تابعة لشركة HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co. ، Ltd. تلتزم معدات HL المبردة بتصميم وتصنيع نظام الأنابيب المبردة المعزول عالي الفراغ ومعدات الدعم ذات الصلة لتلبية الاحتياجات المختلفة للعملاء. يتم إنشاء أنبوب معزول الفراغ والخرطوم المرن في فراغ عالي ومتعدد الطبقات متعددة الشاشة معزولات ، ويمر عبر سلسلة من العلاجات التقنية الصارمة للغاية والمعالجة الفراغ العالية ، والتي تستخدم لنقل الأكسجين السائل والنيتروجين السائل ، الأرجون السائل ، الهيدروجين السائل ، الهيليوم السائل ، ساق غاز الإيثيلين المسال والطبيعة المسال غاز الغاز الطبيعي المسال.

يتم استخدام سلسلة المنتجات من الأنابيب المغطاة بالفراغ ، والخرطوم المغطى بالفراغ ، والصمام المغطى بالفراغ ، وفاصل الطور في شركة المعدات المبردة HL ، والتي مرت عبر سلسلة من العلاجات التقنية الصارمة للغاية ، لنقل الأكسجين السائل ، النيتروجين السائل ، الأرجون السائل ، يتم خدمة الهيدروجين السائل ، والهيليوم السائل ، والساق ، والهندقيات الغاز الطبيعي المسال ، وهذه المنتجات للمعدات المبردة (على سبيل المثال الخزانات المبردة ، الندى ، صناديق البند المشروبات ، الصيدلة ، المستشفى ، البنك الحيوي ، المطاط ، الهندسة الكيميائية الجديدة لتصنيع المواد ، الحديد والصلب ، والبحث العلمي وما إلى ذلك.

أصبحت شركة HL Cryogenic Equipment هي المورد/بائع مؤهل لـ Linde و Air Liquide و Air Products (AP) و Praxair و Messer و BOC و Iwatani و Hangzhou Oxygen Plant (Hangyang) وما إلى ذلك.