O hélio é um elemento químico com símbolo He e número atômico 2. É um gás atmosférico raro, incolor, insípido, insípido, não tóxico, não inflamável, apenas ligeiramente solúvel em água. A concentração de hélio na atmosfera é de 5,24 x 10-4 em porcentagem de volume. Tem os pontos de ebulição e fusão mais baixos de qualquer elemento e existe apenas como gás, exceto em condições extremamente frias.

O hélio é transportado principalmente como hélio gasoso ou líquido e é usado em reatores nucleares, semicondutores, lasers, lâmpadas, supercondutividade, instrumentação, semicondutores e fibras ópticas, criogênicos, ressonância magnética e pesquisas laboratoriais de P&D.

A fonte fria de baixa temperatura

O hélio é usado como refrigerante criogênico para fontes de resfriamento criogênicas, como ressonância magnética (MRI), espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR), acelerador de partículas quânticas supercondutoras, grande colisor de hádrons, interferômetro (SQUID), ressonância de spin de elétrons (ESR) e armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES), geradores supercondutores MHD, sensor supercondutor, transmissão de energia, transporte maglev, espectrômetro de massa, ímã supercondutor, separadores de campo magnético forte, ímãs supercondutores de campo anular para reatores de fusão e outras pesquisas criogênicas. O hélio resfria materiais supercondutores criogênicos e ímãs até perto do zero absoluto, ponto em que a resistência do supercondutor cai repentinamente para zero. A resistência muito baixa de um supercondutor cria um campo magnético mais poderoso. No caso dos equipamentos de ressonância magnética utilizados em hospitais, campos magnéticos mais fortes produzem mais detalhes nas imagens radiográficas.

O hélio é usado como super refrigerante porque o hélio tem os pontos de fusão e ebulição mais baixos, não solidifica à pressão atmosférica e 0 K, e o hélio é quimicamente inerte, tornando quase impossível reagir com outras substâncias. Além disso, o hélio torna-se superfluido abaixo de 2,2 Kelvin. Até agora, a ultramobilidade única não foi explorada em nenhuma aplicação industrial. Em temperaturas abaixo de 17 Kelvin, não há substituto para o hélio como refrigerante na fonte criogênica.

Aeronáutica e Astronáutica

O hélio também é usado em balões e dirigíveis. Como o hélio é mais leve que o ar, dirigíveis e balões são preenchidos com hélio. O hélio tem a vantagem de não ser inflamável, embora o hidrogênio seja mais flutuante e tenha menor taxa de escape da membrana. Outro uso secundário é na tecnologia de foguetes, onde o hélio é usado como meio de perda para deslocar combustível e oxidante em tanques de armazenamento e condensar hidrogênio e oxigênio para produzir combustível de foguete. Também poderia ser usado para remover combustível e oxidante do equipamento de apoio terrestre antes do lançamento, e poderia pré-resfriar o hidrogênio líquido na espaçonave. No foguete Saturn V usado no programa Apollo, foram necessários cerca de 370.000 metros cúbicos (13 milhões de pés cúbicos) de hélio para ser lançado.

Detecção de vazamento em dutos e análise de detecção

Outro uso industrial do hélio é a detecção de vazamentos. A detecção de vazamento é usada para detectar vazamentos em sistemas contendo líquidos e gases. Como o hélio se difunde através dos sólidos três vezes mais rápido que o ar, ele é usado como gás traçador para detectar vazamentos em equipamentos de alto vácuo (como tanques criogênicos) e vasos de alta pressão. O objeto é colocado em uma câmara, que é então evacuada e preenchida com hélio. Mesmo com taxas de vazamento tão baixas quanto 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s), o hélio que escapa através do vazamento pode ser detectado por um dispositivo sensível (um espectrômetro de massa de hélio). O procedimento de medição geralmente é automatizado e é chamado de teste de integração de hélio. Outro método mais simples é preencher o objeto em questão com hélio e procurar manualmente por vazamentos usando um dispositivo portátil.

O hélio é usado para detecção de vazamentos porque é a menor molécula e é uma molécula monoatômica, portanto o hélio vaza facilmente. O gás hélio é colocado no objeto durante a detecção de vazamento e, se ocorrer um vazamento, o espectrômetro de massa de hélio será capaz de detectar a localização do vazamento. O hélio pode ser usado para detectar vazamentos em foguetes, tanques de combustível, trocadores de calor, linhas de gás, eletrônicos, tubos de TELEVISÃO e outros componentes de fabricação. A detecção de vazamentos usando hélio foi usada pela primeira vez durante o projeto Manhattan para detectar vazamentos em usinas de enriquecimento de urânio. O hélio para detecção de vazamento pode ser substituído por hidrogênio, nitrogênio ou uma mistura de hidrogênio e nitrogênio.

Soldagem e Metalurgia

O gás hélio é usado como gás de proteção na soldagem a arco e na soldagem a arco de plasma devido à sua maior energia potencial de ionização do que outros átomos. O gás hélio ao redor da solda evita que o metal oxide no estado fundido. A alta energia potencial de ionização do hélio permite a soldagem a arco de plasma de metais diferentes usados ​​na construção, construção naval e aeroespacial, como titânio, zircônio, magnésio e ligas de alumínio. Embora o hélio no gás de proteção possa ser substituído por argônio ou hidrogênio, alguns materiais (como o hélio de titânio) não podem ser substituídos na soldagem a arco de plasma. Porque o hélio é o único gás seguro em altas temperaturas.

Uma das áreas de desenvolvimento mais ativas é a soldagem de aço inoxidável. O hélio é um gás inerte, o que significa que não sofre reações químicas quando exposto a outras substâncias. Esta característica é particularmente importante em gases de proteção de soldagem.

O hélio também conduz bem o calor. É por isso que é comumente usado em soldas onde é necessária uma maior entrada de calor para melhorar a molhabilidade da solda. O hélio também é útil para acelerar.

O hélio é geralmente misturado com argônio em quantidades variadas na mistura de gás protetor para aproveitar ao máximo as boas propriedades de ambos os gases. O hélio, por exemplo, atua como um gás protetor para ajudar a fornecer modos de penetração mais amplos e mais rasos durante a soldagem. Mas o hélio não fornece a limpeza que o argônio faz.

Como resultado, os fabricantes de metal muitas vezes consideram a mistura de argônio com hélio como parte de seu processo de trabalho. Para soldagem a arco metálico com proteção de gás, o hélio pode compreender 25% a 75% da mistura de gás na mistura de hélio/argônio. Ao ajustar a composição da mistura de gases protetores, o soldador pode influenciar a distribuição de calor da solda, o que por sua vez afeta o formato da seção transversal do metal de solda e a velocidade de soldagem.

Indústria de semicondutores eletrônicos

Como gás inerte, o hélio é tão estável que dificilmente reage com quaisquer outros elementos. Esta propriedade faz com que seja utilizado como blindagem na soldagem a arco (para evitar a contaminação do oxigênio do ar). O hélio também tem outras aplicações críticas, como semicondutores e fabricação de fibras ópticas. Além disso, pode substituir o nitrogênio no mergulho profundo para evitar a formação de bolhas de nitrogênio na corrente sanguínea, evitando assim o mal do mergulho.

Volume global de vendas de hélio (2016-2027)

O mercado global de hélio atingiu US$ 1.825,37 milhões em 2020 e deverá atingir US$ 2.742,04 milhões em 2027, com uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 5,65% (2021-2027). A indústria tem grandes incertezas nos próximos anos. Os dados previstos para 2021-2027 neste artigo baseiam-se no desenvolvimento histórico dos últimos anos, nas opiniões de especialistas do setor e nas opiniões dos analistas deste artigo.

A indústria do hélio é altamente concentrada, proveniente de recursos naturais, e tem fabricantes globais limitados, principalmente nos Estados Unidos, Rússia, Qatar e Argélia. No mundo, o setor de consumo está concentrado nos Estados Unidos, na China e na Europa e assim por diante. Os Estados Unidos têm uma longa história e uma posição inabalável no setor.

Muitas empresas possuem diversas fábricas, mas geralmente não estão próximas de seus mercados consumidores-alvo. Portanto, o produto tem um alto custo de transporte.

Desde os primeiros cinco anos, a produção cresceu muito lentamente. O hélio é uma fonte de energia não renovável e existem políticas em vigor nos países produtores para garantir a sua utilização contínua. Alguns prevêem que o hélio acabará no futuro.

A indústria tem uma alta proporção de importações e exportações. Quase todos os países utilizam hélio, mas apenas alguns possuem reservas de hélio.

O hélio tem uma ampla gama de utilizações e estará disponível em cada vez mais campos. Dada a escassez de recursos naturais, é provável que a procura de hélio aumente no futuro, exigindo alternativas adequadas. Espera-se que os preços do hélio continuem subindo de 2021 a 2026, de US$ 13,53/m3 (2020) para US$ 19,09/m3 (2027).

A indústria é afetada pela economia e pela política. À medida que a economia global recupera, mais e mais pessoas estão preocupadas com a melhoria dos padrões ambientais, especialmente em regiões subdesenvolvidas com grandes populações e rápido crescimento económico, a procura de hélio aumentará.

Atualmente, os principais fabricantes globais incluem Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) e Gazprom (Ru), etc. Em 2020, a participação de vendas dos 6 principais fabricantes excederá 74%. A expectativa é que a concorrência no setor se torne mais acirrada nos próximos anos.

Equipamento Criogênico HL

Devido à escassez de recursos de hélio líquido e ao aumento do preço, é importante reduzir a perda e recuperação de hélio líquido no seu processo de utilização e transporte.

A HL Cryogenic Equipment, fundada em 1992, é uma marca afiliada à HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. A HL Cryogenic Equipment está comprometida com o projeto e fabricação do sistema de tubulação criogênica isolada de alto vácuo e equipamentos de suporte relacionados para atender às diversas necessidades dos clientes. O tubo isolado a vácuo e a mangueira flexível são construídos em materiais isolados especiais de alto vácuo e multitela multicamadas e passam por uma série de tratamentos técnicos extremamente rigorosos e tratamento de alto vácuo, que é usado para transferência de oxigênio líquido, nitrogênio líquido , argônio líquido, hidrogênio líquido, hélio líquido, gás etileno liquefeito LEG e gás natural liquefeito GNL.

A série de produtos de tubo revestido a vácuo, mangueira revestida a vácuo, válvula revestida a vácuo e separador de fase na HL Cryogenic Equipment Company, que passou por uma série de tratamentos técnicos extremamente rigorosos, é usada para transferência de oxigênio líquido, nitrogênio líquido, argônio líquido, hidrogênio líquido, hélio líquido, LEG e GNL, e esses produtos são atendidos para equipamentos criogênicos (por exemplo, tanques criogênicos, Dewars e caixas frias, etc.) em indústrias de separação de ar, gases, aviação, eletrônica, supercondutores, chips, montagem de automação, alimentos e bebidas, farmácia, hospital, biobanco, borracha, engenharia química de fabricação de novos materiais, ferro e aço e pesquisa científica, etc.

A HL Cryogenic Equipment Company tornou-se o fornecedor/fornecedor qualificado da Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani e Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) etc.