الهيليوم هو عنصر كيميائي يحمل الرمز هو والرقم الذري 2. وهو غاز نادر في الغلاف الجوي ، عديم اللون ، لا طعم له ، لا طعم له ، غير سام ، غير قابل للاشتعال ، قليل الذوبان في الماء.تركيز الهيليوم في الغلاف الجوي هو 5.24 × 10-4 من حيث النسبة المئوية للحجم.يحتوي على أقل درجات غليان وانصهار من أي عنصر ، ويتواجد فقط كغاز ، إلا في ظروف شديدة البرودة.

يتم نقل الهيليوم بشكل أساسي كهيليوم غازي أو سائل ويستخدم في المفاعلات النووية وأشباه الموصلات والليزر والمصابيح الكهربائية والموصلية الفائقة والأجهزة وأشباه الموصلات والألياف البصرية والأبحاث المخبرية في مجال التبريد والتصوير بالرنين المغناطيسي والبحث والتطوير.

مصدر درجة الحرارة المنخفضة الباردة

يستخدم الهيليوم كمبرد مبرد لمصادر التبريد المبردة ، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) ، ومسرع الجسيمات الكمومية فائقة التوصيل ، ومصادم الهادرون الكبير ، ومقياس التداخل (SQUID) ، والرنين المغزلي للإلكترون (ESR) وتخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES) ، ومولدات الموصلية الفائقة MHD ، ومستشعر الموصلية الفائقة ، ونقل الطاقة ، ونقل maglev ، ومقياس الطيف الكتلي ، والمغناطيس فائق التوصيل ، وفواصل المجال المغناطيسي القوية ، والمغناطيسات ذات الموصلية الفائقة للمجال الحلقي لمفاعلات الاندماج وغيرها من الأبحاث المبردة.يقوم الهيليوم بتبريد المواد فائقة التوصيل والمغناطيس فائقة التوصيل إلى ما يقرب من الصفر المطلق ، وعند هذه النقطة تنخفض مقاومة الموصل الفائق فجأة إلى الصفر.تخلق المقاومة المنخفضة جدًا للموصل الفائق مجالًا مغناطيسيًا أكثر قوة.في حالة معدات التصوير بالرنين المغناطيسي المستخدمة في المستشفيات ، تنتج المجالات المغناطيسية الأقوى مزيدًا من التفاصيل في الصور الشعاعية.

يستخدم الهيليوم كمبرد فائق لأن الهيليوم لديه أدنى نقاط انصهار وغليان ، ولا يتصلب عند الضغط الجوي و 0 كلفن ، والهيليوم خامل كيميائيًا ، مما يجعل من المستحيل تقريبًا التفاعل مع المواد الأخرى.بالإضافة إلى ذلك ، يصبح الهيليوم مائعًا فائقًا أقل من 2.2 كلفن.حتى الآن ، لم يتم استغلال التنقل الفائق الفريد في أي تطبيق صناعي.عند درجات حرارة أقل من 17 كلفن ، لا يوجد بديل للهيليوم كمبرد في المصدر المبرد.

ملاحة الجوية والفضائية

يستخدم الهيليوم أيضًا في المناطيد والمناطيد.لأن الهيليوم أخف من الهواء ، تمتلئ المناطيد والبالونات بالهيليوم.يتميز الهيليوم بكونه غير قابل للاشتعال ، على الرغم من أن الهيدروجين أكثر طفوًا وله معدل هروب أقل من الغشاء.استخدام ثانوي آخر في تكنولوجيا الصواريخ ، حيث يستخدم الهيليوم كوسيط خسارة لتحل محل الوقود والمؤكسد في صهاريج التخزين وتكثيف الهيدروجين والأكسجين لصنع وقود الصواريخ.يمكن استخدامه أيضًا لإزالة الوقود والمؤكسد من معدات الدعم الأرضي قبل الإطلاق ، ويمكنه تبريد الهيدروجين السائل مسبقًا في المركبة الفضائية.في صاروخ Saturn V المستخدم في برنامج Apollo ، كان هناك حاجة إلى حوالي 370،000 متر مكعب (13 مليون قدم مكعب) من الهيليوم للإطلاق.

تحليل كشف واكتشاف تسرب خط الأنابيب

استخدام صناعي آخر للهيليوم هو اكتشاف التسرب.يستخدم كشف التسرب للكشف عن التسربات في الأنظمة التي تحتوي على سوائل وغازات.نظرًا لأن الهليوم ينتشر عبر المواد الصلبة أسرع بثلاث مرات من الهواء ، فإنه يُستخدم كغاز تتبع لاكتشاف التسريبات في المعدات ذات الفراغ العالي (مثل خزانات التبريد) والأوعية عالية الضغط.يتم وضع الجسم في غرفة ، ثم يتم إخلاؤها وتعبئتها بالهيليوم.حتى عند معدلات التسرب المنخفضة التي تصل إلى 10-9 ملي بار • لتر / ثانية (10-10 باسكال • م 3 / ثانية) ، يمكن الكشف عن الهيليوم المتسرب من خلال جهاز حساس (مطياف كتلة الهيليوم).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 باليد.

يستخدم الهيليوم لاكتشاف التسرب لأنه أصغر جزيء وهو جزيء أحادي الذرة ، لذلك يتسرب الهيليوم بسهولة.يُملأ غاز الهيليوم في الجسم أثناء اكتشاف التسرب ، وإذا حدث تسرب ، فسيكون مطياف كتلة الهليوم قادرًا على اكتشاف موقع التسرب.يمكن استخدام الهيليوم للكشف عن التسريبات في الصواريخ وخزانات الوقود والمبادلات الحرارية وخطوط الغاز والإلكترونيات وأنابيب التليفزيون ومكونات التصنيع الأخرى.تم استخدام اكتشاف التسرب باستخدام الهيليوم لأول مرة خلال مشروع مانهاتن للكشف عن التسربات في مصانع تخصيب اليورانيوم.يمكن استبدال الهيليوم الذي يعمل على كشف التسرب بالهيدروجين أو النيتروجين أو خليط من الهيدروجين والنيتروجين.

اللحام وتشغيل المعادن

يستخدم غاز الهليوم كغاز وقائي في اللحام القوسي ولحام القوس بالبلازما بسبب طاقته الكامنة للتأين الأعلى من الذرات الأخرى.يمنع غاز الهيليوم حول اللحام المعدن من التأكسد في الحالة المنصهرة.تسمح الطاقة الكامنة عالية التأين للهيليوم بلحام قوس البلازما للمعادن غير المتشابهة المستخدمة في البناء وبناء السفن والفضاء ، مثل التيتانيوم والزركونيوم والمغنيسيوم وسبائك الألومنيوم.على الرغم من أنه يمكن استبدال الهليوم الموجود في غاز التدريع بالأرجون أو الهيدروجين ، إلا أنه لا يمكن استبدال بعض المواد (مثل التيتانيوم والهيليوم) من أجل اللحام القوسي بالبلازما.لأن الهيليوم هو الغاز الوحيد الآمن في درجات الحرارة العالية.

يعد لحام الفولاذ المقاوم للصدأ أحد أكثر مجالات التطوير نشاطًا.الهيليوم غاز خامل ، مما يعني أنه لا يخضع لأي تفاعلات كيميائية عند تعرضه لمواد أخرى.هذه الخاصية مهمة بشكل خاص في غازات حماية اللحام.

يقوم الهليوم أيضًا بتوصيل الحرارة بشكل جيد.هذا هو السبب في استخدامه بشكل شائع في اللحامات حيث يلزم إدخال حرارة أعلى لتحسين قابلية اللحام للبلل.الهليوم مفيد أيضًا في السرعة.

عادة ما يتم خلط الهيليوم مع الأرجون بكميات متفاوتة في خليط الغاز الواقي للاستفادة الكاملة من الخصائص الجيدة لكلا الغازين.الهليوم ، على سبيل المثال ، يعمل كغاز وقائي للمساعدة في توفير أنماط اختراق أوسع وأقل عمقًا أثناء اللحام.لكن الهيليوم لا يوفر التنظيف الذي يوفره الأرجون.

نتيجة لذلك ، غالبًا ما يفكر مصنعو المعادن في خلط الأرجون بالهيليوم كجزء من عملية عملهم.بالنسبة للحام القوس المعدني المحمي بالغاز ، يمكن أن يشتمل الهيليوم على 25٪ إلى 75٪ من خليط الغاز في خليط الهيليوم / الأرجون.من خلال تعديل تكوين خليط الغاز الواقي ، يمكن أن يؤثر عامل اللحام على توزيع الحرارة للحام ، والذي بدوره يؤثر على شكل المقطع العرضي لمعدن اللحام وسرعة اللحام.

صناعة أشباه الموصلات الإلكترونية

باعتباره غازًا خاملًا ، يكون الهيليوم مستقرًا لدرجة أنه بالكاد يتفاعل مع أي عناصر أخرى.هذه الخاصية تجعلها تستخدم كدرع في اللحام القوسي (لمنع تلوث الأكسجين في الهواء).للهيليوم أيضًا تطبيقات مهمة أخرى ، مثل تصنيع أشباه الموصلات والألياف الضوئية.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يحل محل النيتروجين في الغوص العميق لمنع تكوين فقاعات النيتروجين في مجرى الدم ، وبالتالي منع مرض الغوص.

حجم مبيعات الهليوم العالمية (2016-2027)

وصل سوق الهليوم العالمي إلى 1825.37 مليون دولار أمريكي في عام 2020 ومن المتوقع أن يصل إلى 2742.04 مليون دولار أمريكي في عام 2027 ، بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 5.65٪ (2021-2027).الصناعة لديها قدر كبير من عدم اليقين في السنوات القادمة.تستند البيانات المتوقعة لعام 2021-2027 في هذه الورقة إلى التطور التاريخي للسنوات القليلة الماضية ، وآراء خبراء الصناعة وآراء المحللين في هذه الورقة.

صناعة الهليوم شديدة التركيز ، مصدرها الموارد الطبيعية ، ولها عدد محدود من الشركات المصنعة العالمية ، خاصة في الولايات المتحدة وروسيا وقطر والجزائر.في العالم ، يتركز قطاع المستهلك في الولايات المتحدة والصين وأوروبا وما إلى ذلك.تتمتع الولايات المتحدة بتاريخ طويل ومكانة لا تتزعزع في الصناعة.

تمتلك العديد من الشركات العديد من المصانع ، لكنها عادة لا تكون قريبة من الأسواق الاستهلاكية المستهدفة.لذلك ، المنتج له تكلفة نقل عالية.

منذ السنوات الخمس الأولى ، نما الإنتاج ببطء شديد.الهليوم هو مصدر غير متجدد للطاقة ، والسياسات المعمول بها في البلدان المنتجة لضمان استمرار استخدامه.يتوقع البعض أن الهليوم سينفد في المستقبل.

الصناعة لديها نسبة عالية من الواردات والصادرات.تستخدم جميع البلدان تقريبًا الهيليوم ، لكن القليل منها فقط لديه احتياطيات من الهيليوم.

للهيليوم مجموعة واسعة من الاستخدامات وسيكون متاحًا في المزيد والمزيد من المجالات.نظرًا لندرة الموارد الطبيعية ، من المرجح أن يزداد الطلب على الهيليوم في المستقبل ، مما يتطلب بدائل مناسبة.من المتوقع أن تستمر أسعار الهيليوم في الارتفاع من عام 2021 إلى عام 2026 ، من 13.53 دولارًا أمريكيًا / متر مكعب (2020) إلى 19.09 دولارًا أمريكيًا / متر مكعب (2027).

تتأثر الصناعة بالاقتصاد والسياسة.مع تعافي الاقتصاد العالمي ، يهتم المزيد والمزيد من الناس بتحسين المعايير البيئية ، خاصة في المناطق المتخلفة ذات الكثافة السكانية الكبيرة والنمو الاقتصادي السريع ، سيزداد الطلب على الهيليوم.

في الوقت الحاضر ، تشمل كبرى الشركات المصنعة العالمية Rasgas و Linde Group و Air Chemical و ExxonMobil و Air Liquide (Dz) و Gazprom (Ru) ، إلخ. في عام 2020 ، ستتجاوز حصة المبيعات لأفضل 6 شركات مصنعة 74٪.من المتوقع أن تصبح المنافسة في الصناعة أكثر حدة في السنوات القليلة المقبلة.

معدات التبريد HL

نظرًا لندرة موارد الهيليوم السائل وارتفاع الأسعار ، من المهم تقليل فقد واسترداد الهيليوم السائل في استخدامه وعملية النقل.

HL Cryogenic Equipment التي تأسست في عام 1992 هي علامة تجارية تابعة لشركة HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.، Ltd.تلتزم HL Cryogenic Equipment بتصميم وتصنيع نظام الأنابيب المبردة المعزول بالفراغ العالي ومعدات الدعم ذات الصلة لتلبية الاحتياجات المختلفة للعملاء.يتم تصنيع الأنبوب المعزول بالفراغ والخرطوم المرن في مواد معزولة خاصة متعددة الطبقات ومتعددة الطبقات ، ويمر عبر سلسلة من المعالجات التقنية الصارمة للغاية ومعالجة الفراغ العالية ، والتي تستخدم لنقل الأكسجين السائل والنيتروجين السائل ، الأرجون السائل ، الهيدروجين السائل ، الهيليوم السائل ، غاز الإيثيلين المسال LEG والغاز الطبيعي المسال LNG.

يتم استخدام سلسلة منتجات الأنابيب المغلفة بالفراغ ، والخرطوم المغلف بالفراغ ، والصمام المغلف بالفراغ ، وفاصل الطور في شركة HL Cryogenic Equipment Company ، والتي مرت عبر سلسلة من المعالجات التقنية الصارمة للغاية ، لنقل الأكسجين السائل ، والنيتروجين السائل ، والأرجون السائل ، الهيدروجين السائل ، والهيليوم السائل ، و LEG ، و LNG ، وتتم صيانة هذه المنتجات للمعدات المبردة (مثل الخزانات المبردة والديوارات وصناديق التبريد وما إلى ذلك) في صناعات فصل الهواء والغازات والطيران والإلكترونيات والموصلات الفائقة والرقائق وتجميع الأتمتة والمواد الغذائية و المشروبات والصيدلة والمستشفيات والبنك الحيوي والمطاط وتصنيع المواد الجديدة والهندسة الكيميائية والحديد والصلب والبحث العلمي إلخ.

أصبحت HL Cryogenic Equipment Company المورد / البائع المؤهل لـ Linde و Air Liquide و Air Products (AP) و Praxair و Messer و BOC و Iwatani و Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) إلخ.