Helium là nguyên tố hóa học có ký hiệu He và số nguyên tử 2. Nó là một loại khí quyển hiếm, không màu, không vị, không vị, không độc, không cháy, chỉ tan ít trong nước. Nồng độ heli trong khí quyển là 5,24 x 10-4 theo phần trăm thể tích. Nó có điểm sôi và điểm nóng chảy thấp nhất so với bất kỳ nguyên tố nào và chỉ tồn tại dưới dạng khí, ngoại trừ trong điều kiện cực lạnh.

Helium chủ yếu được vận chuyển dưới dạng helium khí hoặc lỏng và được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân, chất bán dẫn, laser, bóng đèn, chất siêu dẫn, thiết bị đo đạc, chất bán dẫn và sợi quang, phương pháp đông lạnh, MRI và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm R&D.

Nguồn lạnh nhiệt độ thấp

Helium được sử dụng làm chất làm mát đông lạnh cho các nguồn làm mát đông lạnh, chẳng hạn như chụp cộng hưởng từ (MRI), quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), máy gia tốc hạt lượng tử siêu dẫn, máy va chạm hadron lớn, giao thoa kế (SQUID), cộng hưởng spin electron (ESR) và lưu trữ năng lượng từ tính siêu dẫn (SMES), máy phát siêu dẫn MHD, cảm biến siêu dẫn, truyền tải điện, vận chuyển đệm từ, máy quang phổ khối, nam châm siêu dẫn, máy tách từ trường mạnh, nam châm siêu dẫn trường hình khuyên cho lò phản ứng nhiệt hạch và nghiên cứu đông lạnh khác. Helium làm lạnh các vật liệu siêu dẫn và nam châm đông lạnh đến gần độ không tuyệt đối, lúc đó điện trở của chất siêu dẫn đột ngột giảm xuống bằng không. Điện trở rất thấp của chất siêu dẫn tạo ra từ trường mạnh hơn. Trong trường hợp thiết bị MRI được sử dụng trong bệnh viện, từ trường mạnh hơn sẽ tạo ra hình ảnh X quang chi tiết hơn.

Helium được sử dụng làm chất siêu làm mát vì helium có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp nhất, không đông đặc ở áp suất khí quyển và 0 K, còn helium trơ về mặt hóa học nên gần như không thể phản ứng với các chất khác. Ngoài ra, helium trở thành chất siêu lỏng ở nhiệt độ dưới 2,2 Kelvin. Cho đến nay, khả năng siêu di động độc đáo vẫn chưa được khai thác trong bất kỳ ứng dụng công nghiệp nào. Ở nhiệt độ dưới 17 Kelvin, không có chất thay thế heli làm chất làm lạnh trong nguồn đông lạnh.

Hàng không và du hành vũ trụ

Helium cũng được sử dụng trong bóng bay và khí cầu. Vì khí heli nhẹ hơn không khí nên khí cầu và bóng bay chứa đầy khí heli. Helium có ưu điểm là không cháy, mặc dù hydro nổi hơn và có tốc độ thoát ra khỏi màng thấp hơn. Một ứng dụng thứ cấp khác là trong công nghệ tên lửa, trong đó heli được sử dụng làm môi trường hao hụt để thay thế nhiên liệu và chất oxy hóa trong bể chứa và ngưng tụ hydro và oxy để tạo ra nhiên liệu tên lửa. Nó cũng có thể được sử dụng để loại bỏ nhiên liệu và chất oxy hóa khỏi thiết bị hỗ trợ mặt đất trước khi phóng và có thể làm lạnh trước hydro lỏng trong tàu vũ trụ. Trong tên lửa Saturn V được sử dụng trong chương trình Apollo, cần khoảng 370.000 mét khối (13 triệu feet khối) khí heli để phóng.

Phân tích phát hiện và phát hiện rò rỉ đường ống

Một ứng dụng công nghiệp khác của helium là phát hiện rò rỉ. Phát hiện rò rỉ được sử dụng để phát hiện rò rỉ trong các hệ thống chứa chất lỏng và khí. Vì helium khuếch tán qua chất rắn nhanh gấp ba lần so với không khí nên nó được sử dụng làm khí đánh dấu để phát hiện rò rỉ trong thiết bị chân không cao (như bể đông lạnh) và bình áp suất cao. Vật thể được đặt trong một căn phòng, sau đó được hút chân không và chứa đầy khí heli. Ngay cả ở tốc độ rò rỉ thấp tới 10-9 mbar·L/s (10-10 Pa·m3/s), khí heli thoát ra qua chỗ rò rỉ có thể được phát hiện bằng một thiết bị nhạy (máy quang phổ khối heli). Quy trình đo thường được tự động hóa và được gọi là thử nghiệm tích hợp heli. Một phương pháp khác, đơn giản hơn là lấp đầy vật thể được đề cập bằng khí heli và tìm kiếm thủ công các chỗ rò rỉ bằng thiết bị cầm tay.

Helium được sử dụng để phát hiện rò rỉ vì nó là phân tử nhỏ nhất và là phân tử đơn nguyên tử nên helium dễ bị rò rỉ. Khí helium được đưa vào vật thể trong quá trình phát hiện rò rỉ và nếu xảy ra rò rỉ, máy quang phổ khối helium sẽ có thể phát hiện vị trí rò rỉ. Helium có thể được sử dụng để phát hiện rò rỉ trong tên lửa, thùng nhiên liệu, bộ trao đổi nhiệt, đường dẫn khí, thiết bị điện tử, ống TV và các bộ phận sản xuất khác. Phát hiện rò rỉ bằng helium lần đầu tiên được sử dụng trong dự án Manhattan để phát hiện rò rỉ tại các nhà máy làm giàu uranium. Khí heli phát hiện rò rỉ có thể được thay thế bằng hydro, nitơ hoặc hỗn hợp hydro và nitơ.

Hàn và gia công kim loại

Khí helium được sử dụng làm khí bảo vệ trong hàn hồ quang và hàn hồ quang plasma vì nó có thế năng ion hóa cao hơn các nguyên tử khác. Khí helium xung quanh mối hàn ngăn không cho kim loại bị oxy hóa ở trạng thái nóng chảy. Năng lượng ion hóa cao của helium cho phép hàn hồ quang plasma các kim loại khác nhau được sử dụng trong xây dựng, đóng tàu và hàng không vũ trụ, chẳng hạn như titan, zirconium, magiê và hợp kim nhôm. Mặc dù khí heli trong khí bảo vệ có thể được thay thế bằng argon hoặc hydro, nhưng một số vật liệu (chẳng hạn như titan heli) không thể thay thế được khi hàn hồ quang plasma. Vì heli là loại khí duy nhất an toàn ở nhiệt độ cao.

Một trong những lĩnh vực phát triển tích cực nhất là hàn thép không gỉ. Helium là một loại khí trơ, có nghĩa là nó không trải qua bất kỳ phản ứng hóa học nào khi tiếp xúc với các chất khác. Đặc tính này đặc biệt quan trọng trong khí bảo vệ hàn.

Helium cũng dẫn nhiệt tốt. Đây là lý do tại sao nó thường được sử dụng trong các mối hàn đòi hỏi lượng nhiệt đầu vào cao hơn để cải thiện khả năng thấm ướt của mối hàn. Helium cũng hữu ích cho việc tăng tốc.

Helium thường được trộn với argon với lượng khác nhau trong hỗn hợp khí bảo vệ để tận dụng tối đa các đặc tính tốt của cả hai loại khí. Ví dụ, helium hoạt động như một loại khí bảo vệ giúp cung cấp các chế độ thâm nhập rộng hơn và nông hơn trong quá trình hàn. Nhưng khí heli không mang lại khả năng làm sạch như argon.

Do đó, các nhà sản xuất kim loại thường coi việc trộn argon với helium như một phần trong quy trình làm việc của họ. Đối với hàn hồ quang kim loại được bảo vệ bằng khí, heli có thể chiếm từ 25% đến 75% hỗn hợp khí trong hỗn hợp heli/argon. Bằng cách điều chỉnh thành phần của hỗn hợp khí bảo vệ, thợ hàn có thể tác động đến sự phân bố nhiệt của mối hàn, từ đó ảnh hưởng đến hình dạng mặt cắt ngang của kim loại mối hàn và tốc độ hàn.

Công nghiệp bán dẫn điện tử

Là một loại khí trơ, helium ổn định đến mức nó hầu như không phản ứng với bất kỳ nguyên tố nào khác. Đặc tính này làm cho nó được sử dụng như một tấm chắn trong hàn hồ quang (để ngăn ngừa ô nhiễm oxy trong không khí). Helium còn có những ứng dụng quan trọng khác, như chất bán dẫn và sản xuất sợi quang. Ngoài ra, nó có thể thay thế nitơ khi lặn sâu để ngăn chặn sự hình thành bong bóng nitơ trong máu, từ đó ngăn ngừa bệnh lặn.

Khối lượng bán Helium toàn cầu (2016-2027)

Thị trường khí heli toàn cầu đạt 1825,37 triệu USD vào năm 2020 và dự kiến ​​sẽ đạt 2742,04 triệu USD vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 5,65% (2021-2027). Ngành công nghiệp này có sự không chắc chắn lớn trong những năm tới. Dữ liệu dự báo cho giai đoạn 2021-2027 trong bài viết này dựa trên lịch sử phát triển trong vài năm qua, ý kiến ​​của các chuyên gia trong ngành và ý kiến ​​của các nhà phân tích trong bài viết này.

Ngành công nghiệp helium có tính tập trung cao độ, có nguồn gốc từ tài nguyên thiên nhiên và có số lượng nhà sản xuất toàn cầu hạn chế, chủ yếu ở Hoa Kỳ, Nga, Qatar và Algeria. Trên thế giới, lĩnh vực tiêu dùng tập trung ở Hoa Kỳ, Trung Quốc, Châu Âu, v.v. Hoa Kỳ có lịch sử lâu đời và vị trí không thể lay chuyển trong ngành.

Nhiều công ty có nhiều nhà máy nhưng thường không ở gần thị trường tiêu dùng mục tiêu của họ. Vì vậy, sản phẩm có chi phí vận chuyển cao.

Kể từ 5 năm đầu tiên, sản xuất tăng trưởng rất chậm. Helium là nguồn năng lượng không thể tái tạo và các chính sách được áp dụng ở các nước sản xuất để đảm bảo việc sử dụng liên tục nguồn năng lượng này. Một số người dự đoán rằng khí heli sẽ cạn kiệt trong tương lai.

Ngành có tỷ trọng xuất nhập khẩu cao. Hầu như tất cả các quốc gia đều sử dụng khí heli, nhưng chỉ một số ít có trữ lượng khí heli.

Helium có phạm vi ứng dụng rộng rãi và sẽ ngày càng có mặt trong nhiều lĩnh vực hơn. Do sự khan hiếm tài nguyên thiên nhiên, nhu cầu về khí heli có thể sẽ tăng lên trong tương lai, đòi hỏi phải có những giải pháp thay thế phù hợp. Giá helium dự kiến ​​sẽ tiếp tục tăng từ năm 2021 đến năm 2026, từ 13,53 USD/m3 (2020) lên 19,09 USD/m3 (2027).

Ngành này bị ảnh hưởng bởi kinh tế và chính sách. Khi nền kinh tế toàn cầu phục hồi, ngày càng có nhiều người quan tâm đến việc cải thiện tiêu chuẩn môi trường, đặc biệt là ở những khu vực kém phát triển, dân số đông và tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh, nhu cầu về khí heli sẽ tăng lên.

Hiện tại, các nhà sản xuất lớn trên toàn cầu bao gồm Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) và Gazprom (Ru), v.v. Năm 2020, thị phần bán hàng của Top 6 nhà sản xuất sẽ vượt quá 74%. Dự kiến, sự cạnh tranh trong ngành sẽ trở nên khốc liệt hơn trong vài năm tới.

Thiết bị đông lạnh HL

Do sự khan hiếm nguồn tài nguyên helium lỏng và giá cả ngày càng tăng, điều quan trọng là phải giảm tổn thất và thu hồi helium lỏng trong quá trình sử dụng và vận chuyển.

Thiết bị đông lạnh HL được thành lập năm 1992 là thương hiệu trực thuộc Công ty thiết bị đông lạnh HL Công ty TNHH Thiết bị đông lạnh HL. Thiết bị đông lạnh HL cam kết thiết kế và sản xuất Hệ thống đường ống đông lạnh cách nhiệt chân không cao và các thiết bị hỗ trợ liên quan để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng. Ống cách nhiệt chân không và ống mềm được chế tạo trong vật liệu cách nhiệt đặc biệt nhiều lớp và chân không cao, đồng thời trải qua một loạt các biện pháp xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt và xử lý chân không cao, được sử dụng để truyền oxy lỏng, nitơ lỏng , argon lỏng, hydro lỏng, helium lỏng, khí ethylene hóa lỏng LEG và khí tự nhiên hóa lỏng LNG.

Các dòng sản phẩm Ống bọc chân không, Ống bọc chân không, Van bọc chân không, Máy tách pha của Công ty Thiết bị đông lạnh HL trải qua hàng loạt xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, helium lỏng, LEG và LNG, và các sản phẩm này được phục vụ cho thiết bị đông lạnh (ví dụ: bể đông lạnh, sương mù và hộp lạnh, v.v.) trong các ngành công nghiệp tách không khí, khí đốt, hàng không, điện tử, chất siêu dẫn, chip, lắp ráp tự động hóa, thực phẩm & nước giải khát, dược phẩm, bệnh viện, ngân hàng sinh học, cao su, sản xuất vật liệu mới, kỹ thuật hóa học, sắt thép, và nghiên cứu khoa học, v.v.

Công ty Thiết bị đông lạnh HL đã trở thành nhà cung cấp/nhà cung cấp đủ tiêu chuẩn của Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani và Tập đoàn nhà máy oxy Hàng Châu (Hangyang), v.v.