ฮีเลียมเป็นธาตุเคมีที่มีสัญลักษณ์ He และเลขอะตอม 2 เป็นก๊าซในบรรยากาศที่หายาก ไม่มีสี ไม่มีรส ไม่มีพิษ ไม่ติดไฟ ละลายน้ำได้เพียงเล็กน้อย ความเข้มข้นของฮีเลียมในบรรยากาศคือ 5.24 x 10-4 โดยปริมาตรเปอร์เซ็นต์ มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับธาตุอื่นๆ และมีอยู่เฉพาะในรูปของก๊าซ ยกเว้นในสภาวะที่หนาวเย็นมาก

ฮีเลียมถูกขนส่งเป็นหลักในรูปแบบก๊าซหรือฮีเลียมเหลว และใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์ หลอดไฟ การนำยิ่งยวด เครื่องมือวัด เซมิคอนดักเตอร์และไฟเบอร์ออปติก อุณหภูมิต่ำมาก การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) และการวิจัยในห้องปฏิบัติการวิจัยและพัฒนา

แหล่งกำเนิดความเย็นอุณหภูมิต่ำ

ฮีเลียมใช้เป็นสารหล่อเย็นแบบเย็นจัดสำหรับแหล่งหล่อเย็นแบบเย็นจัด เช่น การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) สเปกโตรสโคปีด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ (NMR) เครื่องเร่งอนุภาคควอนตัมตัวนำยิ่งยวด เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (SQUID) อิเล็กตรอนสปินเรโซแนนซ์ (ESR) และการเก็บพลังงานแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (SMES) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวด MHD เซ็นเซอร์ตัวนำยิ่งยวด การส่งกำลัง การขนส่งด้วยแม่เหล็ก เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวล แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ตัวแยกสนามแม่เหล็กแรงสูง แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดสนามวงแหวนสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันและงานวิจัยแบบเย็นจัดอื่นๆ ฮีเลียมทำให้วัสดุตัวนำยิ่งยวดและแม่เหล็กเย็นลงจนเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งเป็นจุดที่ความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดลดลงเหลือศูนย์อย่างกะทันหัน ความต้านทานที่ต่ำมากของตัวนำยิ่งยวดจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีพลังมากขึ้น ในกรณีของอุปกรณ์ MRI ที่ใช้ในโรงพยาบาล สนามแม่เหล็กที่แรงกว่าจะสร้างรายละเอียดเพิ่มเติมในภาพรังสีเอกซ์

ฮีเลียมถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นยิ่งยวดเนื่องจากฮีเลียมมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำที่สุด ไม่แข็งตัวที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ 0 K และฮีเลียมไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี ทำให้แทบเป็นไปไม่ได้ที่จะทำปฏิกิริยากับสารอื่น นอกจากนี้ ฮีเลียมจะกลายเป็นของเหลวยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2 เคลวิน จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีการนำคุณสมบัติการเคลื่อนย้ายพิเศษนี้ไปใช้ในงานอุตสาหกรรมใดๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 17 เคลวิน ฮีเลียมไม่สามารถทดแทนฮีเลียมเป็นสารทำความเย็นในแหล่งกำเนิดความเย็นจัดได้

การบินและอวกาศ

ฮีเลียมยังใช้ในบอลลูนและเรือเหาะด้วย เนื่องจากฮีเลียมมีน้ำหนักเบากว่าอากาศ เรือเหาะและบอลลูนจึงบรรจุด้วยฮีเลียม ฮีเลียมมีข้อดีคือไม่ติดไฟ แม้ว่าไฮโดรเจนจะลอยตัวได้ดีกว่าและมีอัตราการหลุดออกจากเยื่อน้อยกว่า การใช้งานรองอีกประการหนึ่งคือในเทคโนโลยีจรวด ซึ่งฮีเลียมถูกใช้เป็นตัวกลางในการสูญเสียเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ในถังเก็บ และควบแน่นไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อสร้างเชื้อเพลิงจรวด นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อกำจัดเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ออกจากอุปกรณ์สนับสนุนภาคพื้นดินก่อนการปล่อย และยังสามารถทำความเย็นไฮโดรเจนเหลวล่วงหน้าในยานอวกาศได้อีกด้วย ในจรวด Saturn V ที่ใช้ในโครงการ Apollo จำเป็นต้องใช้ฮีเลียมประมาณ 370,000 ลูกบาศก์เมตร (13 ล้านลูกบาศก์ฟุต) ในการปล่อย

การตรวจจับและการวิเคราะห์การรั่วไหลของท่อ

การใช้ฮีเลียมในอุตสาหกรรมอีกประการหนึ่งคือการตรวจจับการรั่วไหล การตรวจจับการรั่วไหลจะใช้เพื่อตรวจจับการรั่วไหลในระบบที่มีของเหลวและก๊าซ เนื่องจากฮีเลียมแพร่กระจายผ่านของแข็งได้เร็วกว่าอากาศถึงสามเท่า จึงใช้เป็นก๊าซติดตามเพื่อตรวจจับการรั่วไหลในอุปกรณ์สูญญากาศสูง (เช่น ถังไครโอเจนิก) และภาชนะแรงดันสูง วัตถุจะถูกวางไว้ในห้องซึ่งจากนั้นจะถูกดูดออกและเติมฮีเลียม แม้จะมีอัตราการรั่วไหลต่ำถึง 10-9 มิลลิบาร์•ลิตร/วินาที (10-10 Pa•m3 / วินาที) ฮีเลียมที่รั่วไหลผ่านการรั่วไหลก็สามารถตรวจจับได้โดยใช้เครื่องมือที่ละเอียดอ่อน (เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลฮีเลียม) โดยทั่วไปขั้นตอนการวัดจะเป็นแบบอัตโนมัติและเรียกว่าการทดสอบการรวมตัวของฮีเลียม อีกวิธีที่ง่ายกว่าคือการเติมฮีเลียมลงในวัตถุที่ต้องการและค้นหาการรั่วไหลด้วยตนเองโดยใช้เครื่องมือถือ

ฮีเลียมถูกนำมาใช้เพื่อตรวจจับการรั่วไหลเนื่องจากเป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดและเป็นโมเลกุลอะตอมเดี่ยว ดังนั้นฮีเลียมจึงรั่วไหลได้ง่าย ก๊าซฮีเลียมจะถูกเติมเข้าไปในวัตถุระหว่างการตรวจจับการรั่วไหล และหากเกิดการรั่วไหล เครื่องวัดมวลฮีเลียมจะสามารถตรวจจับตำแหน่งของการรั่วไหลได้ ฮีเลียมสามารถใช้ตรวจจับการรั่วไหลในจรวด ถังเชื้อเพลิง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อแก๊ส อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หลอดโทรทัศน์ และส่วนประกอบการผลิตอื่นๆ การตรวจจับการรั่วไหลโดยใช้ฮีเลียมถูกนำมาใช้ครั้งแรกในระหว่างโครงการแมนฮัตตันเพื่อตรวจจับการรั่วไหลที่โรงงานเสริมสมรรถนะยูเรเนียม การตรวจจับการรั่วไหลด้วยฮีเลียมสามารถแทนที่ด้วยไฮโดรเจน ไนโตรเจน หรือส่วนผสมของไฮโดรเจนและไนโตรเจน

งานเชื่อมและงานโลหะ

ก๊าซฮีเลียมใช้เป็นก๊าซป้องกันในการเชื่อมด้วยอาร์กและการเชื่อมด้วยอาร์กพลาสม่า เนื่องจากมีพลังงานศักย์ไอออไนเซชันสูงกว่าอะตอมอื่น ก๊าซฮีเลียมที่อยู่รอบๆ รอยเชื่อมจะป้องกันไม่ให้โลหะเกิดการออกซิไดซ์ในสถานะหลอมเหลว พลังงานศักย์ไอออไนเซชันที่สูงของฮีเลียมทำให้สามารถเชื่อมโลหะต่างชนิดที่ใช้ในการก่อสร้าง การต่อเรือ และการบินและอวกาศ เช่น ไททาเนียม เซอร์โคเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสมอะลูมิเนียม ด้วยอาร์กพลาสม่าได้ แม้ว่าฮีเลียมในก๊าซป้องกันจะถูกแทนที่ด้วยอาร์กอนหรือไฮโดรเจนได้ แต่ไม่สามารถใช้วัสดุบางชนิด (เช่น ไททาเนียมฮีเลียม) ในการเชื่อมด้วยอาร์กพลาสม่าได้ เนื่องจากฮีเลียมเป็นก๊าซชนิดเดียวเท่านั้นที่ปลอดภัยเมื่ออยู่ที่อุณหภูมิสูง

การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมถือเป็นพื้นที่ที่มีการพัฒนามากที่สุดแห่งหนึ่ง ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่าจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีใดๆ เมื่อสัมผัสกับสารอื่นๆ คุณลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในก๊าซป้องกันการเชื่อม

นอกจากนี้ฮีเลียมยังนำความร้อนได้ดีอีกด้วย ดังนั้นจึงมักใช้ฮีเลียมในการเชื่อมโลหะที่ต้องการความร้อนสูงเพื่อให้รอยเชื่อมเปียกได้ดีขึ้น นอกจากนี้ฮีเลียมยังมีประโยชน์ในการทำให้เชื่อมได้เร็วขึ้นด้วย

โดยทั่วไปแล้ว ฮีเลียมจะถูกผสมกับอาร์กอนในปริมาณที่แตกต่างกันในส่วนผสมของก๊าซป้องกันเพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่ดีของก๊าซทั้งสองชนิดให้ได้มากที่สุด ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมทำหน้าที่เป็นก๊าซป้องกันเพื่อช่วยให้มีโหมดการเจาะที่กว้างขึ้นและตื้นขึ้นในระหว่างการเชื่อม แต่ฮีเลียมไม่สามารถทำความสะอาดได้เท่ากับอาร์กอน

ด้วยเหตุนี้ผู้ผลิตโลหะจึงมักพิจารณาผสมอาร์กอนกับฮีเลียมเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการทำงานของตน สำหรับการเชื่อมโลหะด้วยอาร์กอนป้องกันด้วยก๊าซ ฮีเลียมอาจประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซ 25% ถึง 75% ในส่วนผสมของฮีเลียม/อาร์กอน โดยการปรับองค์ประกอบของส่วนผสมของก๊าซป้องกัน ช่างเชื่อมสามารถส่งผลต่อการกระจายความร้อนของรอยเชื่อม ซึ่งจะส่งผลต่อรูปร่างของหน้าตัดของโลหะเชื่อมและความเร็วในการเชื่อม

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยที่มีความเสถียรมากจนแทบไม่มีปฏิกิริยากับธาตุอื่นใด คุณสมบัตินี้ทำให้ฮีเลียมถูกนำไปใช้เป็นเกราะป้องกันในการเชื่อมด้วยอาร์ก (เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของออกซิเจนในอากาศ) นอกจากนี้ ฮีเลียมยังถูกนำไปใช้ประโยชน์อื่นๆ ที่สำคัญ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์และใยแก้วนำแสง นอกจากนี้ ฮีเลียมยังสามารถทดแทนไนโตรเจนในการดำน้ำลึกเพื่อป้องกันการเกิดฟองไนโตรเจนในกระแสเลือด จึงช่วยป้องกันอาการเมาการดำน้ำได้

ปริมาณการขายฮีเลียมทั่วโลก (2016-2027)

ตลาดฮีเลียมทั่วโลกมีมูลค่า 1,825.37 ล้านเหรียญสหรัฐในปี 2020 และคาดว่าจะเติบโตถึง 2,742.04 ล้านเหรียญสหรัฐในปี 2027 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น (CAGR) ที่ 5.65% (2021-2027) อุตสาหกรรมนี้มีความไม่แน่นอนอย่างมากในปีต่อๆ ไป ข้อมูลคาดการณ์สำหรับปี 2021-2027 ในเอกสารฉบับนี้ขึ้นอยู่กับการพัฒนาทางประวัติศาสตร์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม และความคิดเห็นของนักวิเคราะห์ในเอกสารฉบับนี้

อุตสาหกรรมฮีเลียมมีความเข้มข้นสูง โดยได้มาจากแหล่งทรัพยากรธรรมชาติ และมีผู้ผลิตในระดับโลกจำนวนจำกัด โดยส่วนใหญ่อยู่ในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย กาตาร์ และแอลจีเรีย ในโลกนี้ ภาคส่วนผู้บริโภคมีความเข้มข้นในสหรัฐอเมริกา จีน และยุโรป เป็นต้น สหรัฐอเมริกามีประวัติศาสตร์อันยาวนานและมีตำแหน่งที่มั่นคงในอุตสาหกรรม

บริษัทหลายแห่งมีโรงงานหลายแห่ง แต่ส่วนใหญ่มักไม่ใกล้กับตลาดผู้บริโภคเป้าหมาย ดังนั้นสินค้าจึงมีต้นทุนการขนส่งสูง

นับตั้งแต่ 5 ปีแรก การผลิตได้เติบโตช้ามาก ฮีเลียมเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ และมีนโยบายในประเทศผู้ผลิตเพื่อให้แน่ใจว่าจะยังคงใช้ฮีเลียมต่อไป บางคนคาดการณ์ว่าในอนาคต ฮีเลียมจะหมดลง

อุตสาหกรรมนี้มีสัดส่วนการนำเข้าและส่งออกสูง เกือบทุกประเทศใช้ฮีเลียม แต่มีเพียงไม่กี่ประเทศเท่านั้นที่มีฮีเลียมสำรอง

ฮีเลียมมีการใช้งานที่หลากหลายและจะนำมาใช้ในสาขาต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อพิจารณาจากทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัด ความต้องการฮีเลียมจึงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นในอนาคต ซึ่งจะต้องมีทางเลือกอื่นที่เหมาะสม คาดว่าราคาฮีเลียมจะยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2021 ถึงปี 2026 จาก 13.53 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อลูกบาศก์เมตร (2020) เป็น 19.09 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อลูกบาศก์เมตร (2027)

อุตสาหกรรมได้รับผลกระทบจากเศรษฐกิจและนโยบาย เมื่อเศรษฐกิจโลกฟื้นตัว ผู้คนจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กังวลเกี่ยวกับการปรับปรุงมาตรฐานสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่ด้อยพัฒนาซึ่งมีประชากรจำนวนมากและเศรษฐกิจเติบโตอย่างรวดเร็ว ความต้องการฮีเลียมจะเพิ่มขึ้น

ปัจจุบันผู้ผลิตรายใหญ่ของโลกได้แก่ Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) และ Gazprom (Ru) เป็นต้น โดยในปี 2020 ส่วนแบ่งการขายของผู้ผลิต 6 อันดับแรกจะเกิน 74% คาดว่าการแข่งขันในอุตสาหกรรมจะเข้มข้นขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

อุปกรณ์ไครโอเจนิก HL

เนื่องจากทรัพยากรฮีเลียมเหลวมีอยู่อย่างจำกัดและราคาที่สูงขึ้น จึงจำเป็นต้องลดการสูญเสียและการกู้คืนฮีเลียมเหลวในกระบวนการใช้งานและขนส่ง

HL Cryogenic Equipment ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1992 เป็นแบรนด์ในเครือของ HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment มุ่งมั่นในการออกแบบและผลิตระบบท่อ Cryogenic ที่มีฉนวนสูญญากาศสูงและอุปกรณ์สนับสนุนที่เกี่ยวข้องเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้า ท่อที่มีฉนวนสูญญากาศและท่ออ่อนนั้นสร้างขึ้นจากวัสดุฉนวนพิเศษแบบหลายชั้นและสูญญากาศสูง และผ่านการบำบัดทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่งและการบำบัดด้วยสูญญากาศสูง ซึ่งใช้สำหรับการถ่ายโอนออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว ก๊าซเอทิลีนเหลว LEG และก๊าซธรรมชาติเหลว LNG

ผลิตภัณฑ์ชุดท่อหุ้มสูญญากาศ ท่อหุ้มสูญญากาศ วาล์วหุ้มสูญญากาศ และเครื่องแยกเฟสในบริษัท HL Cryogenic Equipment ซึ่งผ่านการบำบัดทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่งหลายชุด ใช้สำหรับการถ่ายโอนออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว LEG และ LNG และผลิตภัณฑ์เหล่านี้ใช้สำหรับอุปกรณ์ที่เย็นจัด (เช่น ถังที่เย็นจัด ถังดีวาร์ และตู้เย็น ฯลฯ) ในอุตสาหกรรมการแยกอากาศ แก๊ส การบิน อิเล็กทรอนิกส์ ตัวนำยิ่งยวด ชิป การประกอบระบบอัตโนมัติ อาหารและเครื่องดื่ม ร้านขายยา โรงพยาบาล ธนาคารชีวภาพ ยาง การผลิตวัสดุใหม่ วิศวกรรมเคมี เหล็กและเหล็กกล้า และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ฯลฯ

บริษัท HL Cryogenic Equipment ได้กลายมาเป็นซัพพลายเออร์/ผู้จำหน่ายที่มีคุณสมบัติเหมาะสมให้กับ Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani และ Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) ฯลฯ