В.Г. Шухов и решение проблемы транспортировки и хранения нефти

Свое знакомство с нефтяной промышленностью В.Г. Шухов начал в 1878 г., когда принял предложение А.В. Бари ( 1847–1913)занять пост главного инженера отделения «Строительной конторы А.В. Бари» в Баку. Одним из первых заданий, которое он получил, было проектирование и строительство нефтепровода по заказу фирмы братьев Нобель.

Еще в 1863 г., посетив Сураханский завод Кокорева, великий русский ученый Д.И. Менделеев высказал идею о строительстве трубопровода для доставки нефти с промыслов к заводу. Однако строительство первого нефтепровода в России началось лишь в 1878 г. К выполнению этой сложнейшей технической задачи для Нобелей и приступил 25 летний Владимир Шухов. Трубопровод длиной 10 км и диаметром 3 дюйма был спроектирован и построен в рекордно короткий срок – 1 год. Нефть по нему стала поступать от Балаханинских промыслов на нефтеперегонный завод Нобелей в Черном городе (район Баку). Через год вступил в строй второй нефтепровод Балаханы – Черный город длиной 12 км, построенный Шуховым по заказу фирмы Лианозова. В том же 1879 г. были построены еще три нефтепровода: Балаханы – Черный город для фирмы Мирзоевых, Балаханы – Сураханский завод и Сураханский завод – Зыхская коса для БНО. Первые же нефтепроводы доказали высокую экономичность этого вида транспорта нефти, предсказанную Д.И. Менделеевым. Затраты на их строительство как правило окупались в течение первого года эксплуатации, поэтому развитие трубопроводного транспорта активно продолжалось. В 1907 г. был введен в строй керосинопровод Баку – Батуми (373 версты, 883 км), в 1911 были сооружены два нефтепровода на Кубани: Майкоп – Екатеринодар (80 верст) и Майкоп – Туапсе (120 верст). В 1913–1914 гг. был построен нефтепровод Петровск (Махачкала) – Грозный (162 км).

При проектировании и строительстве трубопроводов перед Шуховым встала задача определения коэффициентов сопротивления движению жидкости в трубах в зависимости от ее свойств и режима движения. Поставив на построенных нефтепроводах большое число опытов, он обобщил их результаты в фундаментальном труде «Трубопроводы и их применение в нефтяной промышленности», вышедшем в 1881 г. Например, он предложил подогревать мазут перегретым паром для уменьшения его вязкости и облегчения транспортировки по трубопроводу. Многие теоретические разработки и расчеты Шухова используются при строительстве трубопроводов и сегодня.

Еще одним технологическим прорывом, осуществленным В.Г. Шуховым во время работы на фирму Нобелей в Баку, было создание методов расчета и строительства цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Вместо применявшихся в то время в США и других странах тяжелых прямоугольных хранилищ Шухов разработал укладываемые на песчаную подушку цилиндрические резервуары с тонким днищем и ступенчатой толщиной стенок. Учитывая увеличение давления жидкости на стенки резервуара с увеличением толщины ее слоя, Шухов пришел к решению об изменении толщины стенок с высотой: нижний пояс стенки имел наибольшую толщину, верхний – наименьшую. Резервуары конструкции Шухова имели оптимальное соотношение размера и затрат металла. Шухов установил, что резервуар с переменной толщиной стенок имеет наименьший вес при условии, что объем всего железа дна и покрытия равен объему всего железа в стенках. Расчеты Шухова позволили строить резервуары из металла толщиной 4 мм, тогда как в Европе использовали 5 мм листы, а в США – 6,5 мм. Особую ценность и оригинальность имели его расчеты фундаментов и покрытий резервуаров. Он впервые предложил в качестве фундамента использовать песчаную подушку, окантованную бетонным кольцом, а днище резервуара делать гибким, что способствовало оптимальному распределению нагрузок. Эти принципы конструкций резервуаров сохранились и до наших дней. Кроме того, Шухов разработал поточный метод строительства резервуаров, благодаря чему фирма Бари в 1881–1917 гг. построила в России более 20000 металлических резервуаров конструкции Шухова.

Именно в Баку Шухов доработал свое первое еще студенческое изобретение – форсунку для сжигания жидкого топлива. Струя пара, истекающая из узкого отверстия с огромной скоростью, разбивала струю мазута, обеспечивая наилучшее распыление горючего и его сгорание без копоти и остатков. Форсунка конструкции Шухова применялась во всех странах мира.

В 1880 г. Шухов уехал из Баку в Москву, но к проблемам нефтяного дела возвращался еще не раз. Занимаясь проектированием и строительством резервуаров, Шухов построил много таких, которые устанавливались на палубы судов и служили для перевозки нефти наливным способом. Разрабатывая оптимальные формы и размеры этих резервуаров, он пришел к мысли о целесообразности строительства нефтеналивных судов, в которых резервуары стали бы частью их конструктивной основы.

Впервые в мире перевозку нефти и нефтяных остатков наливом в судах осуществил астраханский купец Николай Иванович Артемьев. Он и его брат Дмитрий занимались перевозкой нефти в бочках по Каспию из Баку в Астрахань. В 1873 г. братья установили на одном из своих парусных судов цистерну, которая заполнялась и разгружалась при помощи ручного насоса. Убедившись в выгодности такого способа транспортировки, они реконструировали весь свой флот, приспособив трюмы кораблей для налива нефти. В январе 1878 г. Людвиг Нобель подписал контракт со Свеном Алмквистом (1840–1932), директором судостроительного завода «Motala» (Швеция), на строительство первого в мире нефтеналивного парохода «Зороастр», названного так в честь древнеиранского пророка Заратустры. Чертежи судна были выполнены по собственному проекту Людвига, определенные полезные предложения внес и инженер Алмквист. Грузоподъемность первого в мире танкера достигала 34 тыс. пудов керосина, размещенного в восьми вкладных емкостях, мощность судовой машины составляла 290 л.с. Судно было предназначено для плавания по Каспийскому морю.

До Шухова при строительстве речных барж за основу брались конструкции морских судов «режущих» воду. Удобные для морского плавания в водах, не имеющих течений, они были плохо приспособлены к условиям реки с постоянным неровным движением воды: баржи двигались за буксиром зигзагами, постоянно «рыская». Стремясь увеличить грузоподъемность судов, не увеличивая сопротивления движению при буксировке, за основу конструкции своих барж В.Г. Шухов взял конструктивные формы старинных волжских судов-расшивов, доработав ее с учетом современных инженерных достижений. Носовой части судна была придана ложкообразная форма, корма также была сделана со значительным подбором, в результате чего вода, сопротивляющаяся движению судна, подтекала под него. Такая конструкция не только обеспечивала легкость и ровность хода, но и позволяла сильно увеличить размеры судов, а также обеспечивала хорошую обтекаемость и максимальную грузоподъемность при малой осадке. Шухов создал строгий научный аппарат для расчета конструкций наливных барж. Используя его, он смог почти вдвое увеличить длину баржи (150–170 м), не изменяя ее сечения. Шухов разработал также поточный метод строительства барж, который применялся на заводе Бари в Саратове. Это позволило строить десятки судов различного размера и грузоподъемности. К концу XIX в. не менее ¾ всех судов плавающих по Волге и Каспию являлись металлическими баржами конструкции Шухова.