Советские инженеры
Шрифт:
Задолго до того, как землекопы начали копать траншеи от местечка Балаханы, где находились нобелевские промыслы, до Черного города, нефтепровод уже в полной ясности выстраивался в уме своего создателя. И не только зрительным образом, но и рядом формул, из которых самыми важными были две, — позже их назовут классическими. Вывести их оказалось возможным после кропотливых и сложных теоретических исследований, для чего пришлось освежить в памяти учебные курсы механики и гидравлики, а частью изучить некоторые их разделы заново. И вот наконец стали колонкой значков и цифр эти самые, решавшие успех дела формулы. Первая связывала расход нефти с диаметром нефтепровода, его длиной и величиной напора. Вторая позволяла вычислить заранее наивыгоднейшую скорость прокачки нефти по трубе. Все остальное было уже куда легче. Чертежи и детальные расчеты не заняли много времени. Первый же нефтепровод позволил снизить стоимость доставки пуда сырой нефти ровно втрое: с 6 до 2 копеек. Разумеется, в первую очередь от этого выиграли братья Нобель. Но выиграли и те, кто в далекой России отсчитывал трудовые
Два года под южным солнцем, а скорее всего — крепкий молодой организм преодолели подкрадывавшуюся опасность чахотки. В 1880 году Шухов переехал из Баку в Москву. Убедившись в беспроигрышности сделанного им выбора, Бари согласился с доводами Шухова и дал свое «благословение» на организацию в составе фирмы особого, постоянно действующего проектного бюро. Ничего подобного до тех пор не было в мировой технике. Естественно, подготовка больших и ответственных проектов всегда велась коллективами инженеров, техников и вспомогательных работников — чертежников и прочих. Но такие группы создавались применительно к конкретному случаю и по миновании надобности распускались. Созданная Шуховым проектная организация переживала поколения: ее непосредственный и прямой преемник — институт ЦНИИпроектстальконструкцпя, с которого начался наш рассказ. Разумеется, углубление и дифференциация инженерских дисциплин в какой-то степени сузили диапазон выполняемых в институте работ по сравнению с теми, которые велись в проектном бюро Шухова. Но даже по меркам того далекого времени был он необъятно широк. И разгадку успеха следует искать в поистине невиданной широте и универсальности инженерского гения Владимира Григорьевича.
Покинув Баку, Шухов отнюдь не оставил нефтяную тематику. Следом за решением вопроса о трубопроводах он обратился к резервуарам, ибо то, что видел он на промыслах, поражало своей убогостью и примитивностью. Уже упоминавшиеся земляные ямы-хранилища не только приводили к большим потерям нз-за просачивания пефтн в землю: это бы еще полбеды — ее много таила в себе земля Апшерона. Но, просочившись, нефть отравляла окружающую местность, превращая ее в мертвую черную пустыню. К тому же велика была и опасность пожара — не только от неосторожного обращения с огнем, но и от вполне «естественных» причин, например от удара молнии.
И вновь Шухов берется за теорию. Решения иных вопросов практики она подсказать не в состоянии. И тогда приходится облекать эти вопросы в математическую форму и обращаться к фундаментальным основам теоретической механики. Вновь возникает зрительный, но выраженный чисто геометрически образ. Ведь что такое, в сущности, резервуар? Не что иное, как балка или брус, лежащие на упругом основании. Такое истолкование позволяет вывести главное уравнение системы — дифференциальное уравнение четвертого порядка, описывающее изгибание оси балки под тяжестью действующих на нее сил. А потом приходит время вывода и уже чисто расчетных формул. Их снова две: одна определяет наивыгоднейшую высоту резервуара, вторая — наименьший вес необходимого металла. Исследования, проведенные Шуховым, показали к тому же, что для сооружения больших резервуаров вовсе не нужны массивные и дорогие каменные фундаменты. И усиливающих конструкцию дна балок тоже не нужно: достаточно насыпать песчаную подушку, а днище сделать упругим, склепав его из листового металла. Первый резервуар для керосина по системе Шухова был построен в 1883 году в Астрахани и вмещал 300 тысяч пудов. Диаметр его превышал 30 метров, высота составляла без малого восемь с половиной метров. В дальнейшем фирма Бари построила свыше двадцати тысяч (!) шуховских резервуаров. Иные из них служат и по сей день.
Нередко вспоминая перепачканных нефтью рабочих возле скрипучих воротов скважин, Шухов часто задумывается о том, как усовершенствовать процесс извлечения нефти на поверхность. И находит решение: поднимать ее сжатым воздухом. В самом деле — ведь достаточно по тонкой трубе накачать в нефтеносный слой воздух под давлением, чтобы под его напором нефть устремилась к опущенной в скважину трубе и начала подниматься. Так родилась система, получившая впоследствии название «эрлифт», то есть «воздушный подъемник». Над ней Шухов работал в середине восьмидесятых годов. Его изобретение высоко оценил Менделеев и горячо рекомендовал промышленникам поскорее внедрить его в практику. Промышленники, однако, не торопились: их вполне устраивало куда более примитивное, но и более дешевое устройство, распространившееся к этому времени, — желонки. Так назывались длинные цилиндрические ведра с особым клапаном на дне. Желонку опускали в скважину, клапан открывался, и она наполнялась нефтью. Затем клапан закрывался и желонку поднимали на поверхность. Разумеется, это было более удобно, чем черпать топливо обычными ведрами или бурдюками.
Копеечная расчетливость перевесила доводы Менделеева и самого Шухова. Занятый множеством разнообразных дел, он так и не запатентовал свою систему. Патент на подобное, впрочем, куда более примитивное устройство получил в 1892 году некий Юлиус Поле — немецкий изобретатель. Фирма «Мамут» купила его патент и начала выпускать в небольших количествах так называемые «мамут-насосы», во многом уступавшие шуховским,
Впоследствии, однако, система эрлифта получила широкое применение. Но произошло это уже после революции и национализации нефтяной промышленности — так, в 1928 году эрлифтами добывалось около трети всей бакинской нефти. В последующие годы такая система распространилась и на другие области техники, даже на угольную промышленность: здесь сжатым воздухом не без успеха пробовали поднимать на поверхность погруженные в воду куски угля. Эрлифт и по сей день одна из идей, привлекающих инженеров своей простотой и целесообразностью.
И еще несколько систем насосов разработал Шухов: шнуровые, где жидкость бесконечной лентой (шнуром) увлекалась вверх вследствие прилипания ее и сил внутреннего трения, поршневые с гибким тросом взамен жесткой штанги, обладавшие высоким коэффициентом полезного действия и большей скоростью, и так называемые прямодействующие паровые, где поршни паровою и нефтяного цилиндров насаживались на общий шток, что значительно упрощало и облегчало конструкцию всего агрегата, позволяло уменьшить его размеры и существенно снизить стоимость. Такие насосы оказались особенно полезными при перекачке по трубопроводам нагретого мазута. Эта идея также была впервые разработана и осуществлена Шуховым.
Если человека наших дней спросить: в чем заключается главная ценность нефти как полезного ископаемого, ответы, разумеется, будут разные. Большинство скажут, что нефть — это прежде всего топливо. Точнее, не сама она в сыром виде, а получаемые из нее различные виды горючего, в первую очередь бензин. Некоторые, вспомнив знаменитое высказывание Менделеева о том, что «топить можно и ассигнациями», будут настаивать, что наиболее ценным качеством нефти следует считать ее способность быть первоклассным сырьем для производства всевозможных синтетических веществ, этой «второй природы» современного мира. Ближе к истине все же будут первые: несмотря на усиленные исследования и ясно осознаваемый экологический вред, наносимый сжиганием нефтяных продуктов, получаемое из нефти моторное топливо пока еще заменить нечем. А моторным топливом номер один был, остается и в ближайшем будущем останется бензин. Главным же способом его извлечения из нефти является процесс, получивший название «крекинг» (от английского глагола «to crack» — «раскалывать, расщеплять»).
Изобретение этого процесса (свое английское название он получил много позже) — одна из крупнейших заслуг Владимира Григорьевича Шухова. Но прежде чем рассказать о нем, следует, вероятно, в самом общем виде напомнить о том, что представляет собой нефть с точки зрения химии. А представляет она собой смесь множества различных углеводородов, состав которых почти одинаков, зато строение весьма различно. В чистом виде иные из них — жидкости, различного веса и вязкости. Другие — тягучие вещества наподобие смолы. Их весьма много, и подразделяют их по так называемым «фракциям». Бензин, да и керосин — это легкие фракции. Мазут, солярка и т. п. — тяжелые. Разделить фракции возможно либо физическим, либо химическим путем. Физический способ — это просто-напросто перегонка, процесс, известный каждому из школьного курса. А химический — это либо крекинг, либо пиролиз. В ходе крекинга (привычный термин этот едва ли есть смысл менять, хотя он и появился позже появления самого процесса) под влиянием температуры и давления крупные молекулы тяжелых составляющих нефть углеводородов разрываются на части, в результате чего образуются более легкие составляющие. При пиролизе, который можно считать как бы частным случаем крекинга, используются еще более высокие температуры, а образуются несколько другие вещества, в частности так называемые ароматические углеводороды — превосходное сырье для химического синтеза. Крекинг же в основном дает моторное топливо.
Приехав в 1878 году в Баку, Шухов застал в полном разгаре господство перегонки в процессе переработки нефти. Как уже говорилось, главной ценностью тогда был керосин, а перегонка позволяла получать его в достаточно больших количествах. Такой способ переработки имел к тому времени уже немалую историю: впервые соорудили перегонный куб и получали на нем продукт, который не назывался еще ни фотогеном, ни керосином, а попросту — осветительным маслом или еще «белой нефтью», оброчные мужики графини Паниной, братья Василий, Макар и Герасим Алексеевичи Дубинины. Было это в 1823 году на Кавказе в городе Моздоке. Целых двадцать лет работал заводик братьев Дубининых. Но, сумев сделать замечательное, опередившее свой век изобретение, братья оказались неважными коммерсантами. Они обанкротились, и завод закрылся. Позже, когда весь мир оценил удобство и незаменимость керосинового освещения, разработкой и усовершенствованием нефтеперегонных кубов занялись ученые и инженеры во многих странах, в том числе и в России. За год до приезда Шухова в Баку завод по перегонке нефти с целью получения из нее смазочных масел строит русский предприниматель В. И. Рагозин. Другой заводчик, П. И. Губонин, устанавливает аппараты несколько иной конструкции у себя на заводе в Кускове под Москвой. Ценные соображения об усовершенствовании перегонных кубов высказывает Дмитрий Иванович Менделеев. А химик-технолог Александр Александрович Летний, лаборант, а позже ассистент Петербургского технологического института, в 1875 году обнаруживает, что высокая температура может привести к разложению тяжелых нефтяных остатков на более легкие составляющие. В своих дальнейших исследованиях А. А. Летний нащупал пути к тому процессу, который впоследствии был назван пиролизом. Крекинг же при непрерывном процессе удалось впервые обосновать и создать опытный образец установки для его осуществления Владимиру Григорьевичу Шухову.