헬륨은 기호 He, 원자 번호 2를 갖는 화학 원소입니다. 대기 중 희소 기체로, 무색, 무미, 무독성, 불연성이며 물에 거의 녹지 않습니다. 대기 중 헬륨 농도는 부피 백분율로 5.24 x 10-4입니다. 모든 원소 중 끓는점과 녹는점이 가장 낮으며, 극저온 조건을 제외하고는 기체 상태로만 존재합니다.
헬륨은 주로 기체 또는 액체 헬륨으로 운반되며, 원자로, 반도체, 레이저, 전구, 초전도체, 계측기, 반도체 및 광섬유, 극저온, MRI 및 R&D 실험실 연구에 사용됩니다.
저온 냉원
헬륨은 자기공명영상(MRI), 핵자기공명(NMR) 분광법, 초전도 양자 입자 가속기, 대형 강입자 충돌기, 간섭계(SQUID), 전자스핀공명(ESR), 초전도 자기 에너지 저장(SMES), MHD 초전도 발전기, 초전도 센서, 전력 전송, 자기부상열차, 질량 분석기, 초전도 자석, 강자기장 분리기, 핵융합로용 환형 자기장 초전도 자석 및 기타 극저온 연구와 같은 극저온 냉각원의 극저온 냉각제로 사용됩니다. 헬륨은 극저온 초전도 재료와 자석을 절대 영도에 가깝게 냉각시키며, 이 지점에서 초전도체의 저항은 갑자기 0으로 떨어집니다. 초전도체의 매우 낮은 저항은 더 강력한 자기장을 생성합니다. 병원에서 사용되는 MRI 장비의 경우, 더 강한 자기장은 방사선 이미지에 더 자세한 정보를 생성합니다.
헬륨은 녹는점과 끓는점이 가장 낮고, 대기압과 0K에서는 응고되지 않으며, 화학적으로 불활성이어서 다른 물질과 반응하는 것이 거의 불가능하기 때문에 초냉각재로 사용됩니다. 또한, 헬륨은 2.2켈빈 이하에서 초유동 상태가 됩니다. 지금까지 이러한 독특한 초고온 이동성은 어떤 산업 분야에서도 활용되지 않았습니다. 17켈빈 이하의 온도에서는 극저온 냉매로서 헬륨을 대체할 수 있는 냉매가 없습니다.
항공 및 우주 항공학
헬륨은 풍선과 비행선에도 사용됩니다. 헬륨은 공기보다 가볍기 때문에 비행선과 풍선은 헬륨으로 채워집니다. 헬륨은 불연성이라는 장점이 있지만, 수소는 부력이 더 크고 막에서 빠져나가는 속도가 더 느립니다. 또 다른 부수적인 용도는 로켓 기술입니다. 헬륨은 저장 탱크의 연료와 산화제를 치환하고 수소와 산소를 응축하여 로켓 연료를 만드는 손실 매체로 사용됩니다. 또한 발사 전 지상 지원 장비에서 연료와 산화제를 제거하고 우주선 내부의 액체 수소를 예냉하는 데에도 사용될 수 있습니다. 아폴로 계획에 사용된 새턴 V 로켓의 경우, 발사에 약 37만 세제곱미터(1,300만 세제곱피트)의 헬륨이 필요했습니다.
파이프라인 누출 감지 및 감지 분석
헬륨의 또 다른 산업적 용도는 누출 탐지입니다. 누출 탐지는 액체와 기체가 포함된 시스템의 누출을 탐지하는 데 사용됩니다. 헬륨은 공기보다 고체 내에서 3배 빠르게 확산되기 때문에 고진공 장비(예: 극저온 탱크) 및 고압 용기의 누출을 탐지하는 추적 가스로 사용됩니다. 물체를 챔버에 넣은 후 진공 상태로 만들고 헬륨으로 채웁니다. 누출 속도가 10-9 mbar•L/s(10-10 Pa•m3/s)만큼 낮더라도 누출 부위를 통해 빠져나가는 헬륨은 민감한 장치(헬륨 질량 분석기)로 탐지할 수 있습니다. 측정 절차는 일반적으로 자동화되어 있으며 헬륨 적분 검사라고 합니다. 또 다른 더 간단한 방법은 해당 물체에 헬륨을 채우고 휴대용 장치를 사용하여 수동으로 누출을 찾는 것입니다.
헬륨은 분자가 가장 작고 단원자 분자이기 때문에 누출 감지에 사용됩니다. 누출 감지 시에는 헬륨 가스를 물체에 주입하고, 누출이 발생하면 헬륨 질량 분석기로 누출 위치를 감지할 수 있습니다. 헬륨은 로켓, 연료 탱크, 열교환기, 가스관, 전자 장치, TV 튜브 및 기타 제조 부품의 누출을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 헬륨을 이용한 누출 감지는 맨해튼 프로젝트에서 우라늄 농축 공장의 누출을 감지하는 데 처음 사용되었습니다. 누출 감지용 헬륨은 수소, 질소 또는 수소와 질소의 혼합물로 대체될 수 있습니다.
용접 및 금속 가공
헬륨 가스는 다른 원자보다 이온화 퍼텐셜 에너지가 높아 아크 용접 및 플라즈마 아크 용접에서 보호 가스로 사용됩니다. 용접부 주변의 헬륨 가스는 용융 상태에서 금속의 산화를 방지합니다. 헬륨의 높은 이온화 퍼텐셜 에너지는 티타늄, 지르코늄, 마그네슘, 알루미늄 합금과 같이 건설, 조선, 항공우주 분야에 사용되는 이종 금속의 플라즈마 아크 용접을 가능하게 합니다. 보호 가스의 헬륨은 아르곤이나 수소로 대체할 수 있지만, 티타늄 헬륨과 같은 일부 재료는 플라즈마 아크 용접에서 대체할 수 없습니다. 헬륨은 고온에서 안전한 유일한 가스이기 때문입니다.
가장 활발하게 개발되고 있는 분야 중 하나는 스테인리스강 용접입니다. 헬륨은 불활성 가스이므로 다른 물질에 노출되어도 화학 반응을 일으키지 않습니다. 이러한 특성은 용접 보호 가스에서 특히 중요합니다.
헬륨은 열전도도가 우수합니다. 따라서 용접부의 젖음성을 향상시키기 위해 더 높은 열 입력이 필요한 용접에 헬륨이 일반적으로 사용됩니다. 헬륨은 또한 고속 용접에도 유용합니다.
헬륨은 일반적으로 보호 가스 혼합물에 아르곤과 다양한 양으로 혼합되어 두 가스의 장점을 최대한 활용합니다. 예를 들어, 헬륨은 용접 시 더 넓고 얕은 용입 모드를 제공하는 보호 가스 역할을 합니다. 하지만 헬륨은 아르곤만큼 세척력이 뛰어나지는 않습니다.
결과적으로 금속 제조업체는 작업 공정의 일부로 아르곤과 헬륨을 혼합하는 것을 고려하는 경우가 많습니다. 가스 차폐 금속 아크 용접의 경우, 헬륨/아르곤 혼합물의 25%에서 75%까지 헬륨이 포함될 수 있습니다. 용접공은 보호 가스 혼합물의 조성을 조정함으로써 용접부의 열 분포에 영향을 줄 수 있으며, 이는 용접 금속의 단면 형상과 용접 속도에 영향을 미칩니다.
전자 반도체 산업
불활성 기체인 헬륨은 매우 안정적이어서 다른 원소와 거의 반응하지 않습니다. 이러한 특성 때문에 아크 용접 시 공기 중 산소 오염을 방지하기 위한 차폐막으로 사용됩니다. 헬륨은 반도체나 광섬유 제조와 같은 다른 중요한 용도로도 사용됩니다. 또한, 심해 잠수 시 질소를 대체하여 혈류 내 질소 기포 형성을 방지하여 잠수병을 예방할 수 있습니다.
글로벌 헬륨 판매량(2016-2027)
세계 헬륨 시장은 2020년에 18억 2,537만 달러에 도달했으며, 2027년에는 27억 4,204만 달러에 이를 것으로 예상되며, 연평균 성장률(CAGR)은 5.65%(2021-2027년)입니다. 이 산업은 향후 몇 년간 큰 불확실성을 안고 있습니다. 본 논문의 2021-2027년 예측 데이터는 지난 몇 년간의 역사적 발전, 업계 전문가의 의견, 그리고 본 논문에 포함된 분석가들의 의견을 바탕으로 작성되었습니다.
헬륨 산업은 천연자원을 기반으로 고도로 집중되어 있으며, 전 세계적으로 생산자가 제한되어 있습니다. 주로 미국, 러시아, 카타르, 알제리에 집중되어 있습니다. 전 세계적으로 소비재 시장은 미국, 중국, 유럽 등에 집중되어 있습니다. 미국은 오랜 역사와 확고한 입지를 가지고 있으며, 헬륨 산업에서 독보적인 위치를 차지하고 있습니다.
많은 기업이 여러 개의 공장을 운영하지만, 목표 소비 시장과 거리가 멀어 제품 운송비가 높습니다.
처음 5년 동안 생산량은 매우 느리게 증가했습니다. 헬륨은 재생 불가능한 에너지원이며, 생산국에서는 헬륨의 지속적인 사용을 보장하기 위한 정책이 시행되고 있습니다. 일각에서는 헬륨이 미래에 고갈될 것이라고 예측합니다.
이 산업은 수입과 수출 비중이 높습니다. 거의 모든 국가가 헬륨을 사용하지만, 헬륨 매장량을 보유한 국가는 극소수에 불과합니다.
헬륨은 다양한 용도로 사용되며 점점 더 많은 분야에서 활용될 것입니다. 천연자원의 희소성을 고려할 때, 향후 헬륨 수요는 증가할 것으로 예상되며, 이에 따라 적절한 대체 에너지가 요구됩니다. 헬륨 가격은 2021년부터 2026년까지 2020년 13.53달러/m³에서 2027년 19.09달러/m³로 계속 상승할 것으로 예상됩니다.
이 산업은 경제와 정책의 영향을 받습니다. 세계 경제가 회복됨에 따라 환경 기준 개선에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있으며, 특히 인구가 많고 경제 성장이 빠른 저개발 지역에서는 헬륨 수요가 증가할 것입니다.
현재 주요 글로벌 제조업체로는 Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide(Dz), Gazprom(Ru) 등이 있습니다. 2020년에는 상위 6개 제조업체의 매출 점유율이 74%를 넘어설 것으로 예상됩니다. 향후 몇 년간 업계 경쟁은 더욱 치열해질 것으로 예상됩니다.
HL 극저온 장비
액체 헬륨 자원의 부족과 가격 상승으로 인해, 액체 헬륨의 사용 및 운송 과정에서 손실과 회수를 줄이는 것이 중요합니다.
1992년에 설립된 HL Cryogenic Equipment는 HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd의 계열사입니다. HL Cryogenic Equipment는 고객의 다양한 요구를 충족하기 위해 고진공 단열 초저온 배관 시스템 및 관련 지원 장비의 설계 및 제조에 전념하고 있습니다. 진공 단열 파이프와 플렉시블 호스는 고진공 및 다층 다층 스크린 특수 단열 재료로 제작되며, 일련의 매우 엄격한 기술 처리 및 고진공 처리를 거쳐 액체 산소, 액체 질소, 액체 아르곤, 액체 수소, 액체 헬륨, 액화 에틸렌 가스(LEG) 및 액화 천연 가스(LNG)의 이송에 사용됩니다.
HL 극저온 장비 회사의 진공 재킷 파이프, 진공 재킷 호스, 진공 재킷 밸브, 상 분리기 제품군은 일련의 매우 엄격한 기술 처리를 거쳐 액체 산소, 액체 질소, 액체 아르곤, 액체 수소, 액체 헬륨, LEG 및 LNG를 이송하는 데 사용되며, 이러한 제품은 공기 분리, 가스, 항공, 전자, 초전도체, 칩, 자동화 조립, 식음료, 약국, 병원, 바이오뱅크, 고무, 신소재 제조, 화학 공학, 철강 및 과학 연구 등의 산업에서 극저온 장비(예: 극저온 탱크, 듀어 및 콜드박스 등)에 서비스됩니다.
HL Cryogenic Equipment Company는 Linde, Air Liquide, Air Products(AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani, Hangzhou Oxygen Plant Group(Hangyang) 등의 자격을 갖춘 공급업체/판매업체가 되었습니다.
게시 시간: 2022년 3월 28일