Реферат
По теме: «Вклад В.Г. Шухова в развитие нефтяной отрасли»
По дисциплине: История развития транспорта и хранения нефти и газа
Автор: студент гр. ЭХТ-13-1 _____________ /Иванов В.Г./
Проверил: проф., д.т.н. _____________ /Николаев А.К./
Санкт - Петербург
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПЕРВЫЙ НЕФТЕПРОВОД
2. РЕЗЕРВУАРЫДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
3. НЕФТЕНАЛИВНЫЕ ТАНКЕРЫ
4. НЕФТЯНЫЕ НАСОСЫ
5. ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Людей в мире очень много. Инженеров среди них мало. Выдающихся инженеров - еще меньше. А вот гениев - единицы. Один из таких гениев - не побоимся этого слова - Владимир Григорьевич Шухов, называемый своими современниками первым инженером Российской империи.
Владимир Григорьевич родился 26 августа 1853 года в небольшом городе Грайвороне, находившимся тогда в Курской губернии, а сейчас являющимся центром одноименного района в Белгородской области. Отец будущего русского Леонардо Да Винчи был директором местного филиала Петербургского государственного банка. Детство его прошло в деревне, после чего он переехал в Санкт-Петербург для получения образования.
Первое проявление блестящего уму тогда еще юного Шухова относится к периоду его обучения в 5-й Санкт-Петербургской гимназии, где он доказал теорему Пифагора своим собственным способом.
После окончания в 1871г этой гимназии Владимир Григорьевич успешно сдал вступительные экзамены и был зачислен на инженерно-механическое отделение Московского Императорского высшего технического училища (сейчас МГТУ им. Баумана). Обучение оплачивалось государством.
Творческое мышление будущего инженера-механика развивалось под благотворным влиянием таких корифеев науки, как Жуковский Н.Е., Чебышев П.Л., Менделеев Д.И., Орлов Ф.Е. и др. Еще студентом он изобрел форсунку для сжигания жидкого топлива.
В 1876 году Владимир Шухов с отличием окончил высшее техническое училище и был удостоен звания инженера-механика. В том же году решением педагогического совета «в числе трех техников, окончивших с успехом курс» вместе с группой профессоров он командируется на Филадельфийскую Всемирную выставку. За границей он провёл более года, изучая американскую технику и знакомясь с развивающейся промышленностью США.
В Америке молодому инженеру особенно понравилось, с какой скоростью осуществляются технические идеи и как заботливо опекает состоятельная общественность талантливых изобретателей, инвестируя крупные суммы для продолжения работ.
Вернувшись, Шухов, вопреки советам Н.Е. Жуковского заняться «чистой наукой», отказался от учёной карьеры и начал свою трудовую деятельность в качестве инженера-проектировщика паровозных депо железнодорожного общества Варшава - Вена.
Работая инженером, Шухов познакомился со знаменитым русским математиком П.Л. Чебышевым, который обратил внимание на его выдающиеся математические дарования и, вслед за Н.Е. Жуковским, сделал попытку склонить молодого инженера-практика к работам в области чистой математики и аналитической механики. Но тот снова отказался заняться наукой и отклонил предложение известного учёного, который даже предлагал ему совместную авторскую работу. «Я человек жизни», - в ответ оправдывался Владимир Григорьевич.
ПЕРВЫЙ НЕФТЕПРОВОД
В 1878 г. Шухов принимает предложение приехавшего из Америки А. Бари (с которым он познакомился на выставке в Филадельфии) руководить отделением в Баку строительной технической конторы и переезжает в Баку, где фирма Бари вела строительные и инженерные работы на нефтяных месторождениях. Шухов стал автором проекта и главным инженером строительства первого нефтепровода в России длиной в 10 км. Заказчиком был финансовый гигант - фирма «Братья Нобель». Первым в России стал нефтепровод Балаханы - Черный Город (Баку) длиной около 11 км и диаметром 3 дюйма (7,62 см). Строительство велось осенью - зимой 1878 года в окрестностях Баку в условиях противодействия конкурентов. Нефтепровод соединил район нефтедобычи Балаханы с нефтеперерабатывающим заводом «Товарищества нефтяного производства братьев Нобель» («Бранобель») в Черном городе. Стальные трубы нефтепровода были соединены с помощью муфт и нарезных концов. Именно этот нефтепровод Шухова оказался родоначальником сети стальных подземных магистралей в нашей стране.
В декабре 1878 года по первому российскому нефтепроводу было перекачено 841 150 пудов нефти. Нефтепровод окупился в течение года, что заставило другие фирмы пойти по этому же пути.
К этому времени в США уже существовали нефтепроводы общей длиной 100 тыс. км. Но Шухов спрогнозировал, что для России нефтепроводы будут иметь еще большее значение, чем для США. К этому его привели теоретические исследования по гидравлике нефти (новой области инженерной науки, основоположником которой его считают), расчетов прочности железных труб, а также экономические выкладки, доказавшие, что перекачка нефти и мазута по трубам выгоднее перевозки другими способами.
С вводом в действие первого нефтепровода, расходы на доставку нефти с промыслов до нефтеперерабатывающего завода на окраине Баку сократились более чем в 5 раз. И в 1879 году В. Г. Шухов построил второй нефтепровод по заказу нефтяной компании Г. М. Лианозова протяжённостью более 13 километров, а также первый в мире мазутопровод с подогревом.
В последующие три года В. Г. Шухов построил на Бакинских нефтепромыслах ещё три аналогичных по конструкции нефтепровода, а также первый в мире трубопровод для предварительно подогретого мазута.
К 1890 году на Балаханских промыслах эксплуатировалось 25 трубопроводов общей протяженностью около 300 км, по которым ежесуточно перекачивалось более 20 тыс. тонн нефти. По сравнению с гужевым транспортом себестоимость доставки нефти снизилась более чем в 10 раз
При строительстве первых нефтепроводов В. Г. Шухов разработал основы первой в мире научной теории и практики проектирования, строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов, а также привёл точные математические формулы для описания процессов протекания по трубопроводам нефти, мазута, создав классическую теорию нефтепроводов.
Шухов стал автором проектов первых российских магистральных трубопроводов: Баку - Батуми (первый вариант проекта - 883 км) и Грозный - Туапсе (протяженностью 618 км). Последний нефтепровод был построен под личным техническим руководством Владимира Григорьевича уже в советское время. На этом нефтепроводе была впервые использована сварка стыков труб. 7 ноября 1928 года в Туапсе состоялось торжественное открытие нефтепровода, а 5 декабря на нефтяной терминал Туапсе поступила первая нефть из Грозного.
Для нашей страны проблема транспорта углеводородного сырья всегда есть и будет одной из самых актуальных из-за географических особенностей, поэтому невозможно недооценить заслуги В.Г Шухова в области транспорта нефти и нефтепродуктов. Можно смело сказать, что он заложил основы технологии транспортировки сырья в нашей стране.
РЕЗЕРВУАРЫДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Работая в Баку, В.Г. Шухову приходилось быть первопроходцем во многих сферах деятельности нефтедобывающих компаний, в том числе и в области хранения нефти и нефтепродуктов.
Вся техника для добычи и переработки нефти была в то время крайне примитивной. Добытая нефть хранилась в открытых котлованах, что негативно сказывалось как на ее качестве, так и на количестве.
Он разработал технологию постройки больших клёпаных железных резервуаров. До него такие резервуары сооружались на дорогостоящих фундаментах. Но Шухов быстро понял, какое огромное сопротивление составляет ровное земляное основание, и отказался от дорогих фундаментов.
Шухов первым догадался сделать толщину листа металла не постоянной по всей высоте резервуара, а утоньщающейся по мере увеличения высота резервуара. В самом деле, это очень практичная идея, ведь давление столба жидкости максимально у днища резервуара, где и должны быть самые толстые и прочные стенки, а на высоте, где столб жидкости имеет меньшую высоту, ни к чему сохранять такую же прочность, как и внизу. Это позволяет экономить металл при строительстве таких конструкций, что существенно удешевляет их.
Простейшее и всем известное свойство круга - минимальный периметр при данной площади - стало источником колоссальной экономии металла и значительного уменьшения веса сооружений.
Кроме этого, именно Шухов доказал, что цилиндр является оптимальной формой резервуара для хранения нефти и нефтепродуктов.
Также, В.Г. Шухов разработал вопрос о покрытиях резервуаров. Крыши сооружений, предназначенных для хранения тяжелых нефтяных продуктов, делались им негерметичными, из кровельного железа, укладываемого по деревянной обрешетке. Стропильные ноги располагались, как правило, радиально и образовывали конусное покрытие с подъемом, примерно равным 1/3 радиуса. В первые годы строительства металлических шуховских резервуаров их крыши устраивались иногда и сферической формы, что, впрочем, сильно усложняло и удорожало конструкцию. Поэтому Владимир Григорьевич использовал их редко.
Для нефти с большим содержанием легких фракций Шухов предложил хранилища с плоским покрытием, имеющим уклон около 1/20 радиуса, с герметическими швами металлических листов. Сверху такой кровли наливался пятисантиметровый слой воды, «предохраняющий от утечки бензина и дающий противопожарность». По свидетельству самого изобретателя, резервуары такой системы были построены в Майкопе и Москве.
В основу проектных решений различных сооружений был положен рациональный метод расчета, разработанный Шуховым с учетом важнейших инженерных принципов проектирования - рентабельности и технической рациональности. В результате углубленных исследований в 1883 г. в журнале «Инженер» появилась статья Шухова «Механические сооружения нефтяной промышленности», в которой был представлен новый метод расчета цилиндрических резервуаров.
Рассматривая расчетную схему днища резервуара как схему балки, лежащей на упругом основании, Шухов приходит к мысли заменить массивный фундамент на «гибкий лист, закрепленный по краям, лежащий на сплошном упругом основании, например на песке». Для решения этой частной задачи изгиба он впервые (в 1903 г.) воспользовался часто применяемым теперь в строительной механике дифференциальным уравнением четвертого порядка изогнутой оси балки, общий способ интегрирования которого предложил еще Л. Эйлер.
В 1878 году Шухов изобрел и построил для компании «Бранобель» на Бакинских промыслах первые цилиндрические стальные резервуары-нефтехранилища.
В 1880 году Шухов стал главным инженером конструкторского бюро Бари в Москве. Было сооружено уже 130 нефтяных резервуаров, а к 1917г Фирмой Бари в России было построено более 20 тысяч цилиндрических резервуаров Шухова.
Позднее было налажено серийное производство аналогичных резервуаров для воды, кислот и спирта, а также строительство силосных элеваторов.
Сейчас во всем мире сейчас насчитывается несколько сотен тысяч резервуаров-хранилищ по конструкции аналогичных шуховским. Основы проектирования и строительства цилиндрических стальных резервуаров на песчаных подушках с изменяемой по высоте толщиной листа, впервые разработанные и опубликованные В. Г. Шуховым, актуальны и в настоящее время, только вместо заклепок для соединения листов металла используется сварка.
НЕФТЕНАЛИВНЫЕ ТАНКЕРЫ
К сожалению, проблему транспорта нефти и нефтепродуктов не решить одними трубопроводами - слишком уж большая наша страна, чтобы всю ее покрыть ими.
Основная деятельность конторы, в которой работал Шухов, разворачивалась в Баку - городе на берегу Каспийского моря. На севере в это море впадает река Волга, являющаяся одной из главных судоходных артерий России. Конечно, Шухов не был первым, кто догадался транспортировать по Волге нефтепродукты, но он был первым, кто построил на отечественных верфях подходящие суда, ничем не уступающие заграничными.
Шухов примерно с 1885 г. начал строить первые русские танкеры (первый немецкий океанский танкер водоизмещением 3000 т был построен в 1886 г.). Шухов спроектировал нефтеналивные баржи, которые имели наиболее приспособленную для течений форму, а также очень длинную и плоскую конструкцию корпуса. Монтаж осуществлялся точно запланированными этапами с использованием стандартизированных секций на верфях в Царицыне (Волгоград). В начале 1890-х годов было решено перенести их ближе к центру России. Городом, выгодно расположенным в среднем течении Волги, был Саратов. На нем и остановились. Была найдена большая, удобная, затопляемая в половодье площадка на возвышенном берегу, там и был построен завод. Сборка судов осуществлялась на стапелях. При этом отпадала необходимость в сложной операции по спуску на воду готовых барж: они сами всплывали в половодье при поднятии уровня воды в реке выше верхней отметки стапелей. При такой организации работ, по свидетельству фирмы, удавалось за зиму построить целую флотилию наливных судов и весной начать их эксплуатацию.
До революции «Строительная контора Александра Бари», где В. Г. Шухов был главным инженером и уже стал совладельцем бизнеса, построила в России 65 шуховских танкеров грузоподъемностью от 25 000 до 232 000 пудов.
На спроектированных В.Г.Шуховым судостроительных заводах в Царицыне и Саратове изготавливались баржи вместимостью до 2750 тонн. Изобретателю удалось решить сложнейшие проблемы теории расчета и фактически разработать технологию производства этих гигантских для того времени судов. Они отличались хорошей управляемостью, легкостью хода, прочностью и простотой конструкции. Три четверти барж Волжского бассейна, введенных в эксплуатацию в 1884-1900 гг., были созданы по шуховским чертежам. Перевозку нефти в баржах во всем мире называли «способом русского речного флота».
Созданный им тип наливной баржи, по утверждению современных ученых-кораблестроителей, «остается непревзойденным по своим судоходным качествам».
В изданной в Париже в 1927 году биографии П.А. Столыпина его сын свидетельствовал: «Наше речное судоходство было развито как нигде в мире».
Шуховские баржи отличали экономичность, прочность, хорошая управляемость и эстетическое совершенство. Сегодня их можно считать предшественницами современных океанских супертанкеров. Уже в первые годы после их появления стоимость перевозки нефти по Волге от Астрахани до Нижнего Новгорода упала с 30 до 7,5 копеек за пуд. Буксирный пароход вместо одной обычной баржи мог тянуть две или три баржи Шухова и делал это так легко, как будто они плыли сами. Зрелище это по свидетельству очевидцев производило в те годы настоящую сенсацию.
То, что после 1902 года, несмотря на ожидавшееся дальнейшее развитие кавказской нефтяной промышленности, заказы фирме Бари на строительство наливных барж начали сильно сокращаться, объясняется тем, что монополией в этой, как и во многих других областях нефтяного дела, завладела компания братьев Нобель, располагавшая прекрасно оснащенными судостроительными мастерскими. Бороться с таким конкурентом «Строительной конторе А.В. Бари» было невероятно трудно. И только высочайшее качество шуховских конструкций, быстрота сборки судов и их низкая стоимость позволяли ей получать хотя бы часть заказов.
В наше время транспортировка нефтепродуктов также происходит по Волге, но все же большую часть перевозок принимает на себя железная дорога. Сейчас это стало дешевле и практичнее.
НЕФТЯНЫЕ НАСОСЫ
Первый в России шнуровой насос был запроектирован В.Г. Шуховым в 1886г. и установлен в одном из имений Подольской губернии. Он подавал воду на высоту более 36 метров. После этого удачного опыта Владимир Григорьевич предложил использовать шнуровые насосы для подъема нефти из буровых скважин. Мысль эта, однако, не встретила понимания со стороны Бакинских нефтепромышленников. Сыграла тут роль не только косность их мышления, но и прямая незаинтересованность в увеличении добычи нефти, которую из-за отсутствия нефтепровода и так некуда было девать, цена же на нее падала.
Наблюдение за фонтанами, где нефть выбрасывается на поверхность силою сжатых подземных газов, привело В.Г. Шухова к мысли о возможности добычи нефти из скважин с помощью сжатого воздуха. В результате им был создан насос типа «эрлифт». 21 апреля 1886 года Владимир Григорьевич подал прошение в департамент торговли и мануфактур Министерства финансов о выдаче привилегии на его изобретение. Управляющий департаментом, эксперт комитета по техническим делам, засвидетельствовал, что «хотя применение сжатого воздуха к выкачиванию жидкостей уже давно известно, но ввиду особой компактности всего насоса, достигнутой известным распределением частей его, это изобретение можно считать новым и в России неизвестным.
Эрлифт имел ряд недостатков. Он мог подавать жидкость лишь по вертикальной или сильно наклонной трубе, из-за невозможности создать в конце напорной трубы значительное постоянное давление не годился для питания паровых котлов. Но главное, насос имел довольно низкий коэффициент полезного действия и целесообразно мог использоваться лишь там, где имелась дешевая энергия. Поэтому В.Г. Шухов одновременно занимался усовершенствованием тех типов насосов, высокая производительность которых заставляла отдавать им предпочтение в большинстве случаев практики. Непосредственный предшественник его нового изобретения - инерционный поршневый насос с одним клапаном - был создан французскими инженерами Прюдоном и Дюбостом и приобрел известность с 1889 года, со времени демонстрации на Всемирной выставке в Париже. Конструкция эта, однако, имела существенный дефект, исключающий ее применение для откачки жидкостей с больших глубин. При каждом обороте помещенного вверху насоса шатунного механизма штанга поршня оказывалась на некоторое время сжатой. Как писал в одной из своих рукописей Владимир Григорьевич, это обстоятельство при большой длине штанги «вызывает в ней изгибы, разрушительно действующие на всю систему насоса и уменьшающие коэффициент его полезного действия». Для обеспечения надлежащей жёсткости штанги нужно было или сильно увеличивать ее поперечное сечение, или ставить дополнительные диафрагмы. Но в обоих случаях размеры насоса становились конструктивно неприемлемыми, вес его непомерно возрастал, а эффективность столь же резко уменьшалась. Шухов посмотрел на проблему с неожиданного ракурса и предложил вообще отказаться от жесткой конструкции штанги, заменив ее гибкой, состоящей «из ремней или из ряда канатов» и снабженной пружиной, которая при движении поршня вверх сжимается диафрагмой, укрепленной на конце гибкого стержня штанги. Когда сжимающее усилие в пружине достигает максимума, она начинает распрямляться и оттягивает штангу поршня вниз.
Это изобретение Шухова относится к 1890 году. Оно оказалось весьма эффективным и позволило увеличить скорость работы поршневых насосов, равно как и глубину откачки, в 1,5-3 раза. Насосы такой системы вскоре были установлены на некоторых нефтепромыслах, а также начали применяться для артезианских скважин.
Труд Владимира Григорьевича по теории прямодействующих насосов был специально отмечен их главным производителе Вортингтоном. Ведь «успех распространения» этих насосов, по свидетельству П.К. Худякова, «был прочно обеспечен только после того, как В.Г. Шухов разработал опубликовал свою теорию». «Честь теоретического разъяснения вопроса о расчете компаунд-насосов и о расчете насосов для перекачки нефтяных остатков с подогреванием их принадлежит у нас инженер-механику В.Г. Шухову. Его работы в этой области, освещенные и проверенные целы рядом опытов на протяжении его двадцатилетней практической деятельности, являются в высшей степени ценным вкладом русскую техническую литературу, идущую этом вопросе далеко впереди иностранной», - утверждал Петр Кондратьевич 1896 году на страницах изданного Министерством финансов сборника «Производительные силы России».
Не менее высоко отозвался о труде Шухова и Н.Е. Жуковский: «Идея об отыскании наивыгоднейших конструкций лежит основе почти всех теоретических работ Владимира Григорьевича.
Он проводит ее в стройной и простой математической форме, иллюстрируя свою мысль таблицами и графиками… Особенную же изящность в применении ее мы встречаем в общеизвестной работе Владимира Григорьевича по паровым насосам, где изыскивается наивыгоднейшая конструкция насоса…».