ฮีเลียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีสัญลักษณ์ He และเลขอะตอม 2 เป็นก๊าซในชั้นบรรยากาศที่หายาก ไม่มีสี ไม่มีรส ไม่มีรส ไม่มีพิษ ไม่ติดไฟ ละลายได้ในน้ำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความเข้มข้นของฮีเลียมในบรรยากาศคือ 5.24 x 10-4 โดยปริมาตรเป็นเปอร์เซ็นต์ มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำที่สุดในบรรดาธาตุใดๆ และมีอยู่ในรูปของก๊าซเท่านั้น ยกเว้นภายใต้สภาวะที่เย็นจัด

ฮีเลียมถูกขนส่งโดยหลักในรูปก๊าซหรือฮีเลียมเหลว และใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์ หลอดไฟ ความเป็นตัวนำยิ่งยวด เครื่องมือวัด เซมิคอนดักเตอร์และใยแก้วนำแสง การวิจัยในห้องปฏิบัติการด้วยความเย็นเยือกแข็ง MRI และ R&D

แหล่งความเย็นอุณหภูมิต่ำ

ฮีเลียมถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นแบบแช่แข็งสำหรับแหล่งทำความเย็นแบบแช่แข็ง เช่น การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI), สเปกโทรสโกปีด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR), เครื่องเร่งอนุภาคควอนตัมตัวนำยิ่งยวด, ฮาดรอนคอลไลเดอร์ขนาดใหญ่, อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ (SQUID), การหมุนด้วยคลื่นอิเล็กตรอน (ESR) และการจัดเก็บพลังงานแม่เหล็กของตัวนำยิ่งยวด (SMES) เครื่องกำเนิดตัวนำยิ่งยวด MHD เซ็นเซอร์ตัวนำยิ่งยวด การส่งกำลัง การขนส่งแม็กเลฟ แมสสเปกโตรมิเตอร์ แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ตัวแยกสนามแม่เหล็กแรงสูง แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดสนามวงแหวนสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน และการวิจัยด้วยความเย็นอื่นๆ ฮีเลียมทำให้วัสดุตัวนำยิ่งยวดเย็นลงและแม่เหล็กเย็นลงจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่ง ณ จุดนี้ความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดก็ลดลงจนเหลือศูนย์ทันที ความต้านทานที่ต่ำมากของตัวนำยิ่งยวดจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังยิ่งขึ้น ในกรณีของอุปกรณ์ MRI ที่ใช้ในโรงพยาบาล สนามแม่เหล็กที่แรงกว่าจะให้รายละเอียดในภาพเอ็กซ์เรย์มากขึ้น

ฮีเลียมถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นขั้นสูง เนื่องจากฮีเลียมมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำที่สุด ไม่แข็งตัวที่ความดันบรรยากาศและ 0 K และฮีเลียมเป็นสารเฉื่อยทางเคมี ทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำปฏิกิริยากับสารอื่นๆ นอกจากนี้ฮีเลียมยังกลายเป็นของเหลวยิ่งยวดที่ต่ำกว่า 2.2 เคลวิน จนถึงขณะนี้ การเคลื่อนที่แบบพิเศษอันเป็นเอกลักษณ์นี้ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมใดๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 17 เคลวิน ไม่มีทางทดแทนฮีเลียมเป็นสารทำความเย็นในแหล่งกำเนิดความเย็นจัดได้

การบินและอวกาศ

ฮีเลียมยังใช้ในบอลลูนและเรือบินอีกด้วย เนื่องจากฮีเลียมเบากว่าอากาศ เรือบินและบอลลูนจึงเต็มไปด้วยฮีเลียม ฮีเลียมมีข้อดีตรงที่ไม่ติดไฟ แม้ว่าไฮโดรเจนจะลอยตัวได้มากกว่าและมีอัตราการหลบหนีจากเมมเบรนต่ำกว่าก็ตาม การใช้งานรองอีกประการหนึ่งคือในเทคโนโลยีจรวด โดยที่ฮีเลียมถูกใช้เป็นตัวกลางในการสูญเสียเพื่อแทนที่เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ในถังเก็บ และควบแน่นไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อสร้างเชื้อเพลิงจรวด นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อขจัดเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ออกจากอุปกรณ์สนับสนุนภาคพื้นดินก่อนที่จะปล่อย และอาจทำให้ไฮโดรเจนเหลวเย็นลงในยานอวกาศได้ ในจรวดแซทเทิร์น 5 ที่ใช้ในโครงการอะพอลโล จำเป็นต้องใช้ฮีเลียมประมาณ 370,000 ลูกบาศก์เมตร (13 ล้านลูกบาศก์ฟุต) ในการปล่อย

การตรวจจับการรั่วไหลของท่อและการวิเคราะห์การตรวจจับ

การใช้ฮีเลียมในอุตสาหกรรมอีกอย่างหนึ่งคือการตรวจจับการรั่วไหล การตรวจจับการรั่วไหลใช้เพื่อตรวจจับการรั่วไหลในระบบที่มีของเหลวและก๊าซ เนื่องจากฮีเลียมแพร่กระจายผ่านของแข็งได้เร็วกว่าอากาศถึงสามเท่า จึงถูกใช้เป็นก๊าซติดตามเพื่อตรวจจับการรั่วไหลในอุปกรณ์สุญญากาศสูง (เช่น ถังไครโอเจนิก) และภาชนะแรงดันสูง วัตถุดังกล่าวถูกวางไว้ในห้องซึ่งจะถูกอพยพออกไปและเต็มไปด้วยฮีเลียม แม้ที่อัตราการรั่วไหลที่ต่ำเพียง 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s) ฮีเลียมที่เล็ดลอดออกมาจากการรั่วไหลก็สามารถตรวจจับได้ด้วยอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน (เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลฮีเลียม) โดยทั่วไปขั้นตอนการวัดจะเป็นแบบอัตโนมัติและเรียกว่าการทดสอบการรวมฮีเลียม อีกวิธีที่ง่ายกว่าคือการเติมฮีเลียมลงในวัตถุที่ต้องการและค้นหารอยรั่วด้วยตนเองโดยใช้อุปกรณ์มือถือ

ฮีเลียมใช้ในการตรวจจับการรั่วไหลเนื่องจากเป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดและเป็นโมเลกุลเดี่ยว ดังนั้นฮีเลียมจึงรั่วได้ง่าย ก๊าซฮีเลียมจะถูกเติมเข้าไปในวัตถุในระหว่างการตรวจจับการรั่วไหล และหากมีการรั่วไหลเกิดขึ้น เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลฮีเลียมจะสามารถตรวจจับตำแหน่งของการรั่วไหลได้ ฮีเลียมสามารถใช้เพื่อตรวจจับรอยรั่วในจรวด ถังเชื้อเพลิง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อก๊าซ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ท่อโทรทัศน์ และส่วนประกอบการผลิตอื่นๆ การตรวจจับการรั่วไหลโดยใช้ฮีเลียมถูกนำมาใช้ครั้งแรกในโครงการแมนฮัตตันเพื่อตรวจจับการรั่วไหลที่โรงงานเสริมสมรรถนะยูเรเนียม ฮีเลียมตรวจจับการรั่วไหลสามารถแทนที่ด้วยไฮโดรเจน ไนโตรเจน หรือส่วนผสมของไฮโดรเจนและไนโตรเจน

การเชื่อมและงานโลหะ

ก๊าซฮีเลียมถูกใช้เป็นก๊าซป้องกันในการเชื่อมอาร์กและการเชื่อมอาร์กพลาสมา เนื่องจากมีพลังงานศักย์ไอออไนเซชันสูงกว่าอะตอมอื่นๆ ก๊าซฮีเลียมรอบๆ รอยเชื่อมจะป้องกันไม่ให้โลหะออกซิไดซ์ในสถานะหลอมเหลว พลังงานศักย์ไอออไนเซชันสูงของฮีเลียมช่วยให้สามารถเชื่อมอาร์กพลาสมาของโลหะที่ไม่เหมือนกันที่ใช้ในการก่อสร้าง การต่อเรือ และการบินและอวกาศ เช่น ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสมอะลูมิเนียม แม้ว่าฮีเลียมในก๊าซป้องกันจะถูกแทนที่ด้วยอาร์กอนหรือไฮโดรเจน แต่วัสดุบางอย่าง (เช่น ไทเทเนียมฮีเลียม) ไม่สามารถทดแทนสำหรับการเชื่อมอาร์กพลาสมาได้ เพราะฮีเลียมเป็นก๊าซชนิดเดียวที่ปลอดภัยที่อุณหภูมิสูง

หนึ่งในพื้นที่ที่มีการพัฒนามากที่สุดคือการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่าจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีใดๆ เมื่อสัมผัสกับสารอื่นๆ คุณลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในก๊าซป้องกันการเชื่อม

ฮีเลียมยังนำความร้อนได้ดี ด้วยเหตุนี้จึงมักใช้ในการเชื่อมที่ต้องใช้ความร้อนสูงเพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปียกของรอยเชื่อม ฮีเลียมยังมีประโยชน์ในการเร่งความเร็วอีกด้วย

โดยปกติฮีเลียมจะถูกผสมกับอาร์กอนในปริมาณที่แตกต่างกันในส่วนผสมของก๊าซป้องกัน เพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่ดีของก๊าซทั้งสองอย่างเต็มที่ ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมทำหน้าที่เป็นก๊าซป้องกันเพื่อช่วยให้การเจาะทะลุระหว่างการเชื่อมกว้างขึ้นและตื้นขึ้น แต่ฮีเลียมไม่ได้ช่วยทำความสะอาดเหมือนที่อาร์กอนทำ

ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตโลหะจึงมักพิจารณาผสมอาร์กอนกับฮีเลียมเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการทำงาน สำหรับการเชื่อมอาร์กโลหะที่หุ้มด้วยแก๊ส ฮีเลียมอาจประกอบด้วย 25% ถึง 75% ของส่วนผสมของก๊าซในส่วนผสมฮีเลียม/อาร์กอน ด้วยการปรับองค์ประกอบของส่วนผสมก๊าซป้องกัน ช่างเชื่อมสามารถมีอิทธิพลต่อการกระจายความร้อนของรอยเชื่อม ซึ่งจะส่งผลต่อรูปร่างของหน้าตัดของโลหะเชื่อมและความเร็วในการเชื่อม

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

เนื่องจากฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยจึงมีความเสถียรมากจนแทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่นๆ คุณสมบัตินี้ทำให้ใช้เป็นเกราะป้องกันในการเชื่อมอาร์ก (เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของออกซิเจนในอากาศ) ฮีเลียมยังมีการใช้งานที่สำคัญอื่นๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์และใยแก้วนำแสง นอกจากนี้ยังสามารถแทนที่ไนโตรเจนในการดำน้ำลึกเพื่อป้องกันการก่อตัวของฟองไนโตรเจนในกระแสเลือด จึงช่วยป้องกันอาการเจ็บป่วยจากการดำน้ำ

ปริมาณการขายฮีเลียมทั่วโลก (2559-2570)

ตลาดฮีเลียมทั่วโลกมีมูลค่าถึง 1,825.37 ล้านเหรียญสหรัฐในปี 2563 และคาดว่าจะสูงถึง 2,742.04 ล้านเหรียญสหรัฐในปี 2570 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปี (CAGR) อยู่ที่ 5.65% (2564-2570) อุตสาหกรรมนี้มีความไม่แน่นอนอย่างมากในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ข้อมูลการคาดการณ์สำหรับปี 2021-2027 ในบทความนี้อิงตามการพัฒนาในอดีตในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม และความคิดเห็นของนักวิเคราะห์ในบทความนี้

อุตสาหกรรมฮีเลียมมีความเข้มข้นสูง โดยได้มาจากทรัพยากรธรรมชาติ และมีผู้ผลิตระดับโลกจำนวนจำกัด โดยส่วนใหญ่อยู่ในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย กาตาร์ และแอลจีเรีย ในโลกนี้ ภาคผู้บริโภคกระจุกตัวอยู่ในสหรัฐอเมริกา จีน ยุโรป และอื่นๆ สหรัฐอเมริกามีประวัติศาสตร์อันยาวนานและจุดยืนที่ไม่สั่นคลอนในอุตสาหกรรมนี้

บริษัทหลายแห่งมีโรงงานหลายแห่ง แต่มักจะไม่ใกล้กับตลาดผู้บริโภคเป้าหมาย ส่งผลให้สินค้ามีต้นทุนการขนส่งสูง

ตั้งแต่ห้าปีแรกการผลิตมีการเติบโตช้ามาก ฮีเลียมเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่หมุนเวียน และมีนโยบายในประเทศผู้ผลิตเพื่อให้แน่ใจว่าฮีเลียมจะใช้ต่อไปได้ บางคนคาดการณ์ว่าฮีเลียมจะหมดในอนาคต

อุตสาหกรรมนี้มีสัดส่วนการนำเข้าและส่งออกสูง เกือบทุกประเทศใช้ฮีเลียม แต่มีเพียงไม่กี่ประเทศเท่านั้นที่มีปริมาณสำรองฮีเลียม

ฮีเลียมมีการใช้งานที่หลากหลาย และจะมีให้บริการในสาขาต่างๆ เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากขาดแคลนทรัพยากรธรรมชาติ ความต้องการฮีเลียมจึงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นในอนาคต โดยต้องมีทางเลือกที่เหมาะสม คาดว่าราคาฮีเลียมจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2564 ถึงปี 2569 จาก 13.53 ดอลลาร์ / ลบ.ม. (2563) เป็น 19.09 ดอลลาร์ / ลบ.ม. (2570)

อุตสาหกรรมได้รับผลกระทบจากเศรษฐกิจและนโยบาย ในขณะที่เศรษฐกิจโลกฟื้นตัว ผู้คนจำนวนมากขึ้นมีความกังวลเกี่ยวกับการปรับปรุงมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่ด้อยพัฒนาซึ่งมีประชากรจำนวนมากและมีการเติบโตทางเศรษฐกิจที่รวดเร็ว ความต้องการฮีเลียมก็จะเพิ่มขึ้น

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

อุปกรณ์ HL Cryogenic

เนื่องจากการขาดแคลนทรัพยากรฮีเลียมเหลวและราคาที่สูงขึ้น การลดการสูญเสียและการนำฮีเลียมเหลวกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการใช้งานและการขนส่งจึงเป็นสิ่งสำคัญ

HL Cryogenic Equipment ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1992 เป็นแบรนด์ในเครือของ HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment มุ่งมั่นที่จะออกแบบและผลิตระบบท่อไครโอเจนิกแบบหุ้มฉนวนสุญญากาศสูงและอุปกรณ์สนับสนุนที่เกี่ยวข้อง เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้า ท่อหุ้มฉนวนสุญญากาศและท่ออ่อนยืดหยุ่นถูกสร้างขึ้นในวัสดุฉนวนพิเศษหลายหน้าจอแบบสุญญากาศสูงและหลายชั้น และผ่านชุดการบำบัดทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่งและการบำบัดสุญญากาศสูง ซึ่งใช้สำหรับการถ่ายโอนออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว , อาร์กอนเหลว, ไฮโดรเจนเหลว, ฮีเลียมเหลว, LEG ก๊าซเอทิลีนเหลว และก๊าซธรรมชาติเหลว LNG

ซีรีส์ผลิตภัณฑ์ของท่อหุ้มสุญญากาศ ท่อหุ้มฉนวนสุญญากาศ วาล์วหุ้มฉนวนสุญญากาศ และตัวแยกเฟสในบริษัท HL Cryogenic Equipment Company ซึ่งผ่านขั้นตอนการบำบัดทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่ง ถูกนำมาใช้ในการถ่ายโอนออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว LEG และ LNG และผลิตภัณฑ์เหล่านี้ให้บริการสำหรับอุปกรณ์แช่แข็ง (เช่น ถังแช่แข็ง Dewars และกล่องเย็น ฯลฯ) ในอุตสาหกรรมการแยกอากาศ ก๊าซ การบิน อิเล็กทรอนิกส์ ตัวนำยิ่งยวด ชิป การประกอบอัตโนมัติ อาหาร & เครื่องดื่ม ร้านขายยา โรงพยาบาล ธนาคารชีวภาพ ยาง วิศวกรรมเคมีการผลิตวัสดุใหม่ เหล็กและเหล็กกล้า และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น

บริษัท HL Cryogenic Equipment ได้กลายเป็นซัพพลายเออร์/ผู้จำหน่ายที่มีคุณสมบัติเหมาะสมของ Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani และ Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) เป็นต้น