L'heli és un element químic amb el símbol He i el nombre atòmic 2. És un gas atmosfèric rar, incolor, insípid, insípid, no tòxic, no inflamable, només lleugerament soluble en aigua. La concentració d'heli a l'atmosfera és de 5,24 x 10-4 en percentatge volumètric. Té els punts d'ebullició i de fusió més baixos de qualsevol element, i només existeix com a gas, excepte en condicions extremadament fredes.

L'heli es transporta principalment com a heli gasós o líquid i s'utilitza en reactors nuclears, semiconductors, làsers, bombetes, superconductivitat, instrumentació, semiconductors i fibra òptica, criogènica, ressonància magnètica i recerca de laboratori d'R+D.

La font de fred de baixa temperatura

L'heli s'utilitza com a refrigerant criogènic per a fonts de refrigeració criogènica, com ara la ressonància magnètica (RMN), l'espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear (RMN), l'accelerador quàntic de partícules superconductores, el gran col·lisionador d'hadrons, l'interferòmetre (SQUID), la ressonància d'espín electrònic (ESR) i l'emmagatzematge d'energia magnètica superconductora (SMES), generadors superconductors MHD, sensors superconductors, transmissió de potència, transport maglev, espectròmetre de masses, imants superconductors, separadors de camp magnètic fort, imants superconductors de camp anular per a reactors de fusió i altres investigacions criogèniques. L'heli refreda materials i imants superconductors criogènics gairebé a zero absolut, punt en què la resistència del superconductor cau sobtadament a zero. La resistència molt baixa d'un superconductor crea un camp magnètic més potent. En el cas dels equips de ressonància magnètica utilitzats als hospitals, els camps magnètics més forts produeixen més detall en les imatges radiogràfiques.

L'heli s'utilitza com a superrefrigerant perquè té els punts de fusió i ebullició més baixos, no solidifica a pressió atmosfèrica i a 0 K, i és químicament inert, cosa que fa que sigui gairebé impossible reaccionar amb altres substàncies. A més, l'heli esdevé superfluid per sota de 2,2 Kelvin. Fins ara, la ultramobilitat única no s'ha explotat en cap aplicació industrial. A temperatures inferiors a 17 Kelvin, no hi ha cap substitut per a l'heli com a refrigerant a la font criogènica.

Aeronàutica i Astronàutica

L'heli també s'utilitza en globus i dirigibles. Com que l'heli és més lleuger que l'aire, els dirigibles i els globus s'omplen d'heli. L'heli té l'avantatge de no ser inflamable, tot i que l'hidrogen és més flotant i té una taxa d'escapament més baixa de la membrana. Un altre ús secundari és en la tecnologia de coets, on l'heli s'utilitza com a mitjà de pèrdua per desplaçar el combustible i l'oxidant en els tancs d'emmagatzematge i condensar hidrogen i oxigen per fabricar combustible de coet. També es podria utilitzar per eliminar el combustible i l'oxidant dels equips de suport terrestre abans del llançament, i podria prerefredar l'hidrogen líquid a la nau espacial. En el coet Saturn V utilitzat en el programa Apollo, es necessitaven uns 370.000 metres cúbics (13 milions de peus cúbics) d'heli per al llançament.

Detecció i anàlisi de detecció de fuites de canonades

Un altre ús industrial de l'heli és la detecció de fuites. La detecció de fuites s'utilitza per detectar fuites en sistemes que contenen líquids i gasos. Com que l'heli es difon a través dels sòlids tres vegades més ràpid que l'aire, s'utilitza com a gas traçador per detectar fuites en equips d'alt buit (com ara tancs criogènics) i recipients d'alta pressió. L'objecte es col·loca en una cambra, que després s'evacua i s'omple d'heli. Fins i tot a taxes de fuita tan baixes com 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), l'heli que s'escapa a través de la fuita pot ser detectat per un dispositiu sensible (un espectròmetre de masses d'heli). El procediment de mesura sol estar automatitzat i s'anomena prova d'integració d'heli. Un altre mètode més senzill és omplir l'objecte en qüestió amb heli i cercar manualment fuites mitjançant un dispositiu de mà.

L'heli s'utilitza per a la detecció de fuites perquè és la molècula més petita i és una molècula monoatòmica, de manera que l'heli es filtra fàcilment. El gas heli s'omple a l'objecte durant la detecció de fuites i, si es produeix una fuita, l'espectròmetre de masses d'heli podrà detectar la ubicació de la fuita. L'heli es pot utilitzar per detectar fuites en coets, dipòsits de combustible, intercanviadors de calor, línies de gas, electrònica, tubs de televisió i altres components de fabricació. La detecció de fuites amb heli es va utilitzar per primera vegada durant el projecte Manhattan per detectar fuites a les plantes d'enriquiment d'urani. L'heli per a la detecció de fuites es pot substituir per hidrogen, nitrogen o una barreja d'hidrogen i nitrogen.

Soldadura i treballs de metalls

El gas heli s'utilitza com a gas protector en la soldadura per arc i la soldadura per arc de plasma a causa de la seva energia potencial d'ionització més alta que altres àtoms. El gas heli al voltant de la soldadura evita que el metall s'oxidi en estat fos. L'alta energia potencial d'ionització de l'heli permet la soldadura per arc de plasma de metalls diferents utilitzats en la construcció, la construcció naval i la indústria aeroespacial, com ara el titani, el zirconi, el magnesi i els aliatges d'alumini. Tot i que l'heli del gas protector es pot substituir per argó o hidrogen, alguns materials (com ara l'heli de titani) no es poden substituir per la soldadura per arc de plasma. Perquè l'heli és l'únic gas que és segur a altes temperatures.

Una de les àrees de desenvolupament més actives és la soldadura d'acer inoxidable. L'heli és un gas inert, la qual cosa significa que no experimenta cap reacció química quan s'exposa a altres substàncies. Aquesta característica és particularment important en els gasos de protecció de soldadura.

L'heli també condueix bé la calor. És per això que s'utilitza habitualment en soldadures on es requereix una major aportació de calor per millorar la mullabilitat de la soldadura. L'heli també és útil per augmentar la velocitat.

L'heli se sol barrejar amb argó en quantitats variables a la mescla de gas protector per aprofitar al màxim les bones propietats d'ambdós gasos. L'heli, per exemple, actua com a gas protector per ajudar a proporcionar modes de penetració més amplis i superficials durant la soldadura. Però l'heli no proporciona la neteja que proporciona l'argó.

Com a resultat, els fabricants de metall sovint consideren barrejar argó amb heli com a part del seu procés de treball. Per a la soldadura per arc metàl·lic amb gas protector, l'heli pot constituir entre el 25% i el 75% de la barreja de gasos de la barreja d'heli/argó. Ajustant la composició de la barreja de gas protector, el soldador pot influir en la distribució de la calor de la soldadura, cosa que al seu torn afecta la forma de la secció transversal del metall soldat i la velocitat de soldadura.

Indústria de semiconductors electrònics

Com a gas inert, l'heli és tan estable que gairebé no reacciona amb altres elements. Aquesta propietat fa que s'utilitzi com a escut en la soldadura per arc (per evitar la contaminació de l'oxigen a l'aire). L'heli també té altres aplicacions crítiques, com ara els semiconductors i la fabricació de fibra òptica. A més, pot substituir el nitrogen en el busseig profund per evitar la formació de bombolles de nitrogen al torrent sanguini, evitant així el mareig del busseig.

Volum de vendes globals d'heli (2016-2027)

El mercat mundial d'heli va arribar als 1.825,37 milions de dòlars americans el 2020 i s'espera que arribi als 2.742,04 milions de dòlars americans el 2027, amb una taxa de creixement anual composta (CAGR) del 5,65% (2021-2027). La indústria té una gran incertesa en els propers anys. Les dades de previsió per al període 2021-2027 d'aquest document es basen en el desenvolupament històric dels darrers anys, les opinions dels experts de la indústria i les opinions dels analistes d'aquest document.

La indústria de l'heli està altament concentrada, prové de recursos naturals i té fabricants globals limitats, principalment als Estats Units, Rússia, Qatar i Algèria. Al món, el sector de consum es concentra als Estats Units, la Xina, Europa, etc. Els Estats Units tenen una llarga història i una posició inamovible en la indústria.

Moltes empreses tenen diverses fàbriques, però normalment no estan a prop dels seus mercats de consum objectiu. Per tant, el producte té un cost de transport elevat.

Des dels primers cinc anys, la producció ha crescut molt lentament. L'heli és una font d'energia no renovable, i els països productors han establert polítiques per garantir-ne l'ús continuat. Alguns prediuen que l'heli s'esgotarà en el futur.

La indústria té una alta proporció d'importacions i exportacions. Gairebé tots els països utilitzen heli, però només uns quants tenen reserves d'heli.

L'heli té una àmplia gamma d'usos i estarà disponible en cada cop més camps. Atesa l'escassetat de recursos naturals, és probable que la demanda d'heli augmenti en el futur, cosa que requerirà alternatives adequades. Es preveu que els preus de l'heli continuïn augmentant del 2021 al 2026, de 13,53 $/m3 (2020) a 19,09 $/m3 (2027).

La indústria es veu afectada per l'economia i les polítiques. A mesura que l'economia global es recupera, cada cop més gent es preocupa per millorar els estàndards ambientals, especialment a les regions subdesenvolupades amb grans poblacions i un ràpid creixement econòmic, la demanda d'heli augmentarà.

Actualment, els principals fabricants mundials inclouen Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) i Gazprom (Ru), etc. El 2020, la quota de vendes dels 6 principals fabricants superarà el 74%. Es preveu que la competència a la indústria s'intensifiqui en els propers anys.

Equipament criogènic HL

A causa de l'escassetat de recursos d'heli líquid i l'augment del preu, és important reduir la pèrdua i la recuperació d'heli líquid en el seu procés d'ús i transport.

HL Cryogenic Equipment, fundada el 1992, és una marca afiliada a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment es compromet amb el disseny i la fabricació del sistema de canonades criogèniques aïllades d'alt buit i els equips de suport relacionats per satisfer les diverses necessitats dels clients. La canonada aïllada al buit i la mànega flexible estan construïdes amb materials aïllats especials d'alt buit i multicapa multipantalla, i passen per una sèrie de tractaments tècnics extremadament estrictes i tractament d'alt buit, que s'utilitza per a la transferència d'oxigen líquid, nitrogen líquid, argó líquid, hidrogen líquid, heli líquid, gas etilè liquat LEG i gas natural liquat GNL.

La sèrie de productes de canonades amb jaqueta de buit, mànegues amb jaqueta de buit, vàlvules amb jaqueta de buit i separadors de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que han passat per una sèrie de tractaments tècnics extremadament estrictes, s'utilitzen per a la transferència d'oxigen líquid, nitrogen líquid, argó líquid, hidrogen líquid, heli líquid, LEG i GNL, i aquests productes es reparteixen amb equips criogènics (per exemple, tancs criogènics, Dewars i caixes frigorífiques, etc.) en indústries de separació d'aire, gasos, aviació, electrònica, superconductors, xips, muntatge automatitzat, aliments i begudes, farmàcia, hospitals, biobancs, cautxú, fabricació de nous materials, enginyeria química, ferro i acer i investigació científica, etc.

HL Cryogenic Equipment Company s'ha convertit en el proveïdor/venedor qualificat de Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani i Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang), etc.