По сведениям Hütte (немецкой справочной книги для инженеров, архитекторов, механиков и студентов), все элементы газо-, паро- и водопроводной арматуры до начала ХХ века прошли несколько этапов эволюции. В этом сложном процессе сыграли важную роль горючие материалы (дрова, торф, уголь, газ), от силы сгорания которых приводились в движение фабричные и заводские станки, промышленное оборудование, наземный и водный транспорт.
Чем больше извлекалось энергии из горючего сырья, тем стремительнее развивалось машиностроение и расширялся ассортимент арматурных изделий. С появлением на мировом рынке Ее Величества нефти техническая революция сделала самый сильный рывок за всю историю.
Где обнаружили и начали разрабатывать первые месторождения нефти и как она смогла вытеснить и занять место других горючих материалов, подстроив под себя весь потребительский мир? Какая арматура и измерительные приборы появились благодаря нефти и нефтепродуктам?
Аналитики и инженеры компании Profactor Armaturen GmbH при ознакомлении с трехтомным справочником Hütte, изданным в Российской империи в 1916-1917 годах, обнаружили в нем интересные сведения, которые прямо указали на первые месторождения нефти, преподнесшие миру новый вид горючего, и пролили свет на его составные части. Немецкие химики их хорошо изучили и сопоставили с традиционными видами горючих материалов, оказавшихся менее эффективными.
Из справочника Hütte стало известно, что добыча и перегонка сырой нефти в начале XX века происходила в нескольких странах мира – США (в штатах Пенсильвания и Огайо), Восточной Европе (в Галиции), во Франции (в регионе Эльзас) и Российской империи (Бакинская губерния, месторождения Беккендорфа, Бейбат, Балаханы). Эти данные приводятся в первом томе (Часть I. 3 Отдел. Теплота. VII «Топливо» (Горючее). Нефть) на стр. 495.
Справка: Эльзас – один из самых известных винодельческих регионов Франции. О его нефтяных ресурсах мало кому известно, хотя природный углеводород, по некоторым сведениям, в Эльзасе начали добывать и использовать еще в XV веке (до открытия Америки). В середине XVIII века этот регион считался колыбелью нефтяной промышленности в Европе. О 500-летней истории добычи нефти в Эльзасе можно узнать в местном музее, где собраны интересные материалы, включая заброшенные нефтяные насосы и другое техническое оборудование. Добыча углеводорода в регионе остановилась в 1960-х, когда баррель черного золота сильно подешевел и упал до $15, поэтому добывать и перерабатывать нефть во Франции стало уже экономически нецелесообразно.
Французская нефть на мировом рынке оказалась менее востребованной, чем русская и американская. Эти марки лидировали и были вне конкуренции, о чем свидетельствует сводная таблица (рис. 5) «Количество перегонов сырой нефти по отдельным фракциям», приведенная в справочнике (Hütte. Том I, стр. 495):
• сырая нефть из Пенсильвании – бензина (10-20 %), керосина (55-75 %), остатков* (10-20 %);
• сырая нефть из Огайо – бензина (16-20 %), керосина (30-40 %), остатков* (35-50%);
• сырая нефть из Баку – бензина (5 %), керосина (25-30 %), остатков* (60-65 %);
• сырая нефть из Галиции – бензина (5-20 %); керосина (35-50 %), остатков* (30-45 %);
• сырая нефть из Эльзаса – бензина (0-5 %); керосина (25 %), остатков* (65-70 %).
Остатки* – соляровое масло, вазелиновое масло, машинное масло, мазут, гудрон, парафин и т. д. На рубеже XIX-XX веков нефтяная промышленность уже вовсю набирала обороты. На перегонных заводах в США, Европе и Российской империи (Бакинской губернии) сырая нефть разлагалась по фракциям перегонки на бензин, керосин, смазочные масла, мазут, нефтяные остатки, парафиновое масло, вазелин. В специальной таблице (Hütte. Том I, стр. 496) приводятся хорошо знакомые нам нефтепродукты, которые уже поставлялись на мировой рынок в начале ХХ века.
В их числе:
• бензин (1 сорта легкий, «Медиум», 2 сорта и специальный);
• керосин (обыкновенный и «Метеор»);
• соляровое масло (легкое и тяжелое);
• вазелиновое масло;
• машинное масло;
• цилиндровое масло;
• моторное топливо;
• мазут (обыкновенный, «Энглер 5» и черный);
• вагонное масло;
• гудрон;
• парафин.
Немецкие инженеры также рассчитали и вывели формулу сопротивления сырой нефти, нефтяных остатков и керосина при движении по трубам. Они определили, что коэффициент сопротивления сырой нефти и ее продуктов непосредственно зависит от увеличения или снижения температуры углеводородного сырья. Чем выше температура, тем ниже коэффициент сопротивления, и наоборот. В этой связи авторы справочника Hütte дают следующие рекомендации: «Прогревание нефти на нефтехранилище вблизи выходного отверстия рекомендуется настоятельно. Медные змеевики, прогреваемые паром и устанавливаемые внутри нефтехранилищ у выходного отверстия, весьма целесообразны».
В справочнике приводятся «Технические условия на поставку нефтяных остатков (мазута) для отопления», утвержденные Техническим Совещанием Управления железнодорожных дорог по журналу от 7 ноября 1911 года за № 240.
В царской России нефтепродукты активно применялись не только в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, смазочных нужд и на производственных предприятиях, но и для систем отопления. Данная ситуация практически не изменилась в ХХ и нынешнем веке, только потребление нефтепродуктов со временем резко возросло и значительно расширились сферы их применения. За сто лет в России и других странах мира было открыто множество новых нефтяных месторождений, и бакинская нефть уже давно «не сидит на троне», хотя именно с нее все начиналось.
«Если нефть – королева, то Баку – ее трон!» Автором этой фразы, произнесенной в начале ХХ века, считается будущий премьер-министр Великобритании Сэр Уинстон Черчилль. В историческом обзоре «Инновации по-немецки, или почему в царской России предпочитали арматуру из Германии», подготовленном PROFACTOR и опубликованном в июльском выпуске журнала «С.О.К.» № 7 в 2018 году, в разделе «Немецкая арматура для нефтяной отрасли» подробно рассказывается о том, как в Баку была обнаружена нефть.
Бакинская нефть дала импульс для развития новой отрасли. С появлением нефтепроводов и предприятий по переработке черного золота возникла необходимость в создании новых технологий, оборудования и устройств. Нефтяной бум подстегивал ученых и инженеров во всем мире, включая Германию. Немецкие технари разработали и внедрили множество устройств и принадлежностей для нефтяного оборудования, которые находили применение и в России.
В архиве компании Profactor Armaturen GmbH сохранился оригинал каталога торгово-промышленного товарищества «Василий Осипович Красавин с Братьями», который был издан в Москве в 1899 году. В этом документе представлены изделия и разное оборудование для нефтяной промышленности, сконструированные немецкими инженерами. В частности, шарнирные краны для форсунок «Вагенеръ» с двумя выходами – для пара и нефти, а также «новейшая привилегированная парои воздушная нефтяная форсунка», созданная немецким инженером-механиком Феликсом Гартманом.
Мудрый британский политик еще в начале ХХ века предвидел великое будущее черного золота. Одним из весомых аргументов в пользу нефти оказалась ее теплопроизводительность, которая значительно превосходила показатели других видов горючего.
Авторы справочника неоднократно подчеркнули, что все фракции перегона сырой нефти имеют теплопроизводительность от 10 000 до 11 000 единиц тепла (ЕТ) на 1 кг. Именно этот показатель вывел новое горючее в лидеры. За короткое время нефть стала конкурировать и постепенно вытеснять другие виды топлива – дрова (древесный уголь), торф, натуральный газ, уголь (бурый и каменный) и кокс.
В справочнике (Hütte. Том I, стр. 489) приводятся следующие данные: «Торф, просушенный на воздухе, содержит еще от 15 до 20 % воды, от 2 до 20 % и более золы. Теплопроизводительность торфа от 3300 до 4500 ЕТ», то есть практически в три раза ниже, чем у нефти.
В историческом документе есть такое наблюдение: «Свежедобытый бурый уголь весьма богат водой (от 40 до 60 %). Содержание в нем золы часто весьма значительно, и теплопроизводительность сырого угля часто составляет лишь 2500 ЕТ (при сгорании 1 кг сырья); перевозка такого угля на значительное расстояние невыгодна. Вредно также в буром угле большое содержание серы (гипс, серный колчедан)». (Hütte. Том I, стр. 490).
Что касается каменного угля, то немцы разделяли его на «тощий» и «жирный» по богатству содержания газов.
Теплопроизводительность каменного угля указана в отдельной таблице (Hütte. Том I, стр. 492), там отмечено: этот показатель составляет от 5 200 до 7 650 ЕТ, у газового кокса – 7 000 ЕТ, у самого дорогого Вестфальского антрацита – 7 975 ЕТ.
Получается, что самое дорогое Вестфальское горючее тоже не дотягивало до теплопроизводительности нефти около 3000 ЕТ. Хотя не только высокий уровень теплопроизводительности вывел нефть в лидеры. Она также продемонстрировала свою эффективность без потери качества при длительном хранении и транспортировке, в отличие от торфа или угля. У этих горючих материалов потери при хранении и степень самовозгорания оказались слишком велики. По этому поводу в справочнике (Hütte. Том I, стр. 493) отмечено: «При продолжительном лежании на воздухе уголь распадается (выветривается) с потерею теплопроизводительности и уменьшением способности коксования и газообразования. Вместе с тем необходимо считаться с возможностью самовозгорания угля при его хранении в высоких кучах».
Авторы справочника обращают внимание: «Сырой, мелкий уголь не следует перекрывать другим углем, а необходимо предварительно просушить. Начинающийся пожар угольной кучи не следует сушить струей воды, ибо образующийся в большом количестве водяной пар сильно мешает локализации пожара. Загоревшаяся часть угольного склада поливается жидкою глиной. Устройство вентиляции угольных складов для устранения самовозгорания нерационально, ибо вентиляционные каналы часто благоприятствуют нагреванию».
Что же советовали немецкие инженеры для поддержания соответствующих условий и обеспечения безопасности при хранении угля? Вот их рекомендации (Hütte. Том I, стр. 494): «Склады для угля должны быть предохраняемы от сырости и нагревания, а толщина слоя не должна превосходить 5 м. В угольные кучи загоняются вертикальные, снизу закрытые и заостренные трубы, в которых вводятся термометры для измерения температуры внутри отвала».
Соблюдать строгие меры безопасности в любой деятельности – традиционная немецкая черта, которая проявлялась в далеком прошлом и перешла от старшего поколения к наследникам. Своими знаниями и достижениями в сфере контрольно-измерительных приборов (КИП) немцы, как свидетельствует Hütte, щедро делились с европейскими и российскими потребителями. Вот, например, в справочнике приведены технические сведения о нескольких видах термометров, которыми пользовались угольщики, кузнецы, сталевары и другие немецкие мастера 100 лет назад.
В справочнике Hütte измерительным приборам уделено особое внимание. «При измерении температуры до +300 °С следует отдавать предпочтение термометрам ртутным; при непродолжительных опытах термометры эти можно применять и до +550 °С. Низшая температура для пользования термометрами ртутными –39 °С. Термометры для низких температур, ниже 39°С, наполняются алкоголем, толуолем (фенилметан, метилбензол, сокращенное химическое обозначение – PhMe) или петройлерным эфиром (смесь в основном легких алифатических углеводородов – пентанов и гексанов), получаемая из попутных нефтяных газов и легких фракций при переработке нефти)». Эти сведения приводятся в справочнике (Часть I. 3 Отдел. Теплота. I «Общие тепловые свойства тел». А. Измерение температуры).
Как мы видим, в начале ХХ века продукты нефтепереработки применялись весьма широко и уже использовались в термометрах для низких температур. В том же разделе (Hütte. Том I, стр. 397) отмечено: «Для точного измерения температур, кроме ртутных, применяются электрические платиновые термометры. Этот прибор основан на правильности увеличения электрического сопротивления платиновой проволоки с увеличением температуры. Применяется для наивысшей температуры до +1000 °С».
Вместе с тем «для температуры ниже 500 °С применяются термоэлементы из красной меди; от –500 °С до –1600 °С применяется термоэлемент Ле Шателье из платины и платины с 10 % родия». Авторы раздела подчеркнули, что «электрические термометры и термоэлементы весьма удобны для наблюдений на далекие расстояния».
Спустя 100 лет этот принцип не изменился. У многих предприятий машиностроительной отрасли и у производителей профессиональной инженерной сантехники в ассортименте товаров есть изделия, относящиеся к КИП. В частности, компания Profactor Armaturen GmbH выпускает разные виды термометров с техническими характеристиками и дизайном, отвечающим современным европейским стандартам. Так, опасная и токсичная ртуть в термометрах уступила место чувствительной биметаллической спирали.
Она состоит из двух элементов из разных металлов с отличающимися коэффициентами линейного расширения, спрессованных друг с другом. Один конец этой спирали припаян к оси стрелки термометра, а другой – к втулке настройки. Теперь, чтобы измерить температуру в жидких и газообразных средах в системах водоснабжения, отопления и охлаждения в диапазоне от 0 до +120 °С, можно использовать биметаллические термометры (рис. 17) PROFACTOR (артикул PF SG 866 или PF SG 868), которые соответствуют требованиям DIN EN 13190.
Что касается дизайна термометров PROFACTOR, то они выпускаются в комплекте с двумя силиконовыми поясками синего и красного цвета, которые служат для обозначения подающей и обратной линии. Наличие цветных поясков на корпусах термометров позволит мастерам и пользователям легко определять, к какой именно линии они подключены.
Вместе с тем в ассортименте PROFACTOR есть более усовершенствованный прибор – термоманометр, изображенный на рис. 18. Это устройство объединяет термометр и манометр в одном корпусе. Комбинированный прибор позволяет одновременно измерять температуру и давление в паровых котлах, бойлерах, системах отопления и водоснабжения. Фирменные термоманометры производятся в двух видов: d53 мм и d63 мм с радиальным и аксиальным присоединением.
Аналитики и инженеры PROFACTOR часто обращаются к дореволюционному справочнику и находят в нем уникальные сведения об истории и процессе развития системы отопления, газо-, паро- и водопроводной арматуры. Избранные находки специалисты компании адаптируют и на их основе готовят обзорные материалы с уникальными иллюстрациями из самого справочника для публикации в СМИ. Второй обзор из этой серии, как видите, завершен, но путешествия в прошлое на «машине времени Hütte» вскоре продолжатся.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, Спецвыпуск (69)
