Heli là một nguyên tố hóa học có ký hiệu He và số nguyên tử 2. Đây là một loại khí hiếm trong khí quyển, không màu, 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. Heli có điểm sôi và điểm nóng chảy thấp nhất trong số các nguyên tố, và chỉ tồn tại ở dạng khí, ngoại trừ trong điều kiện cực lạnh.

Heli chủ yếu được vận chuyển dưới dạng khí hoặc lỏng và được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân, chất bán dẫn, tia laser, bóng đèn, siêu dẫn, thiết bị đo lường, 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

Heli được sử dụng làm chất làm mát cực lạnh cho các nguồn làm mát cực 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 siêu dẫn (SMES), máy phát siêu dẫn MHD, cảm biến siêu dẫn, truyền tải điện, vận chuyển bằng tàu đệm từ, máy quang phổ khối, nam châm siêu dẫn, bộ tách từ trường mạnh, nam châm siêu dẫn trường hình khuyên cho lò phản ứng tổng hợp hạt nhân và các nghiên cứu cực lạnh khác. Heli làm mát vật liệu siêu dẫn và nam châm cực lạnh đến gần độ không tuyệt đối, tại thời điểm 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 tạo ra nhiều chi tiết hơn trong hình ảnh chụp X quang.

Heli được sử dụng làm chất siêu làm mát vì heli có điểm nóng chảy và điểm sôi thấp nhất, không đông đặc ở áp suất khí quyển và 0 K, và heli trơ về mặt hóa học, khiến nó gần như không thể phản ứng với các chất khác. Hơn nữa, heli trở thành chất siêu lỏng ở nhiệt độ dưới 2,2 Kelvin. Cho đến nay, tính linh động siêu việt độc đáo này 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

Heli cũng được sử dụng trong khinh khí cầu và khí cầu bay. Vì heli nhẹ hơn không khí, nên khinh khí cầu và khí cầu bay được bơm đầy heli. Heli có ưu điểm là không bắt lửa, mặc dù hydro nổi hơn và có tỷ lệ 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 thất thoát để thay thế nhiên liệu và chất oxy hóa trong các bình chứa và ngưng tụ hydro và oxy để tạo thành 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) heli để phóng.

Phát hiện rò rỉ đường ống và phân tích phát hiện

Một ứng dụng công nghiệp khác của heli 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 heli 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 (chẳng hạn như bể chứa khí lạnh) và bình chịu áp suất cao. Vật thể được đặt trong một buồng, sau đó được hút chân không và nạp đầy heli. Ngay cả ở tốc độ rò rỉ thấp tới 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), heli thoát ra qua lỗ rò có thể được phát hiện bằng một thiết bị nhạy cảm (máy quang phổ khối heli). Quy trình đo lường thường được tự động hóa và được gọi là thử nghiệm tích hợp heli. Một phương pháp khác, đơn giản hơn là nạp đầy heli vào vật thể cần kiểm tra và tìm kiếm rò rỉ thủ công bằng thiết bị cầm tay.

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

Hàn và gia công kim loại

Khí heli được sử dụng làm khí bảo vệ trong hàn hồ quang và hàn hồ quang plasma nhờ năng lượng ion hóa cao hơn các nguyên tử khác. Khí heli bao quanh mối hàn ngăn kim loại bị oxy hóa ở trạng thái nóng chảy. Năng lượng ion hóa cao của heli 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, zirconi, magiê và hợp kim nhôm. Mặc dù heli trong khí bảo vệ có thể được thay thế bằng argon hoặc hydro, nhưng một số vật liệu (như titan heli) không thể thay thế trong hàn hồ quang plasma. Bởi vì heli là loại khí duy nhất an toàn ở nhiệt độ cao.

Một trong những lĩnh vực phát triển năng động nhất là hàn thép không gỉ. Heli là một loại khí trơ, 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 các loại khí bảo vệ hàn.

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

Heli thường được trộn với argon với tỷ lệ khác nhau trong hỗn hợp khí bảo vệ để tận dụng tối đa các đặc tính tốt của cả hai loại khí. Ví dụ, heli hoạt động như một loại khí bảo vệ, giúp tạo ra các chế độ thâm nhập rộng hơn và nông hơn trong quá trình hàn. Tuy nhiên, heli không có khả năng làm sạch như argon.

Do đó, các nhà sản xuất kim loại thường cân nhắc việc trộn argon với heli như một phần trong quy trình làm việc của họ. Đối với hàn hồ quang kim loại 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 tiết diện kim loại mối hàn và tốc độ hàn.

Ngành công nghiệp bán dẫn điện tử

Là một loại khí trơ, heli rất ổn định đến mức hầu như không phản ứng với bất kỳ nguyên tố nào khác. Đặc tính này khiến nó được sử dụng làm lá chắn trong hàn hồ quang (để ngăn ngừa ô nhiễm oxy trong không khí). Heli cũng có những ứng dụng quan trọng khác, chẳng hạn như trong sản xuất chất bán dẫn và sợi quang. Ngoài ra, nó có thể thay thế nitơ trong lặn sâu để ngăn ngừa sự hình thành bọt khí nitơ trong máu, do đó ngăn ngừa say lặn.

Khối lượng bán Helium toàn cầu (2016-2027)

Thị trường heli toàn cầu đạt 1.825,37 triệu đô la Mỹ vào năm 2020 và dự kiến sẽ đạt 2.742,04 triệu đô la Mỹ vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 5,65% (2021-2027). Ngành công nghiệp này có nhiều bất ổn trong những năm tới. Dữ liệu dự báo cho giai đoạn 2021-2027 trong bài viết này dựa trên diễn biến lịch sử của 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 heli có tính tập trung cao, lấy nguồn 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, thị trường tiêu thụ heli tập trung ở Hoa Kỳ, Trung Quốc, Châu Âu, v.v. Hoa Kỳ có lịch sử lâu đời và vị thế vững chắc trong ngành.

Nhiều công ty có nhiều nhà máy, nhưng thường không gần thị trường tiêu dùng mục tiêu. Do đó, chi phí vận chuyển sản phẩm cao.

Kể từ năm năm đầu tiên, sản lượng tăng trưởng rất chậm. Heli là nguồn năng lượng không tái tạo, và các quốc gia sản xuất đã có chính sách để đảm bảo việc sử dụng liên tục nguồn năng lượng này. Một số người dự đoán rằng heli sẽ cạn kiệt trong tương lai.

Ngành công nghiệp này có tỷ trọng xuất nhập khẩu cao. Hầu hết các quốc gia đều sử dụng heli, nhưng chỉ một số ít có trữ lượng heli.

Heli có phạm vi ứng dụng rộng rãi và sẽ được sử dụng trong ngày càng nhiều lĩnh vực. Do nguồn tài nguyên thiên nhiên khan hiếm, nhu cầu về heli dự kiến sẽ tăng trong tương lai, đòi hỏi các giải pháp thay thế phù hợp. Giá heli dự kiến sẽ tiếp tục tăng từ năm 2021 đến năm 2026, từ 13,53 đô la Mỹ/m3 (năm 2020) lên 19,09 đô la Mỹ/m3 (năm 2027).

Ngành công nghiệp này chịu ảnh hưởng của kinh tế và chính sách. Khi nền kinh tế toàn cầu phục hồi, ngày càng nhiều người quan tâm đến việc cải thiện các tiêu chuẩn môi trường, đặc biệt là ở các khu vực kém phát triển với dân số đông và tăng trưởng kinh tế nhanh, nhu cầu về heli sẽ tăng lên.

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

Thiết bị đông lạnh HL

Do nguồn heli lỏng khan hiếm và giá cả ngày càng tăng, điều quan trọng là phải giảm thiểu thất thoát và thu hồi heli lỏng trong quá trình sử dụng và vận chuyển.

HL Cryogenic Equipment, được thành lập năm 1992, là một thương hiệu trực thuộc Công ty TNHH Thiết bị Cryogenic HL. HL Cryogenic Equipment cam kết thiết kế và sản xuất Hệ thống Đường ống Cách nhiệt Chân không Cao và các Thiết bị Hỗ trợ liên quan để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng. Ống cách nhiệt Chân không và Ống mềm được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt đặc biệt nhiều lớp, nhiều màn chắn và chân không cao, trải qua một loạt các quy trình xử lý kỹ thuật và chân không cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, khí ethylene hóa lỏng (LEG) và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG).

Dòng sản phẩm Ống chân không bọc, Ống chân không bọc, Van chân không bọc và Bộ tách pha của Công ty Thiết bị Nhiệt độ thấp HL đã trải qua một loạt các quy trình xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, LEG và LNG, và các sản phẩm này được sử dụng cho thiết bị nhiệt độ thấp (ví dụ: bồn chứa nhiệt độ thấp, bình chứa sương và hộp lạnh, v.v.) trong các ngành công nghiệp tách khí, khí, hàng không, điện tử, siêu dẫn, chip, lắp ráp tự động hóa, thực phẩm & đồ uống, 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 Nhiệt độ thấp HL đã trở thành nhà cung cấp/bán hàng đủ tiêu chuẩn của Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani và Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang), v.v.