Сергей Суханов - Перелом. Часть 3 [СИ]

Поэтому мы - ЗРССР - в части выработки искусственного жидкого топлива оказались в первых рядах, пусть и не по своей воле - просто своей нефти у нас сначала не было, а отбитое у немцев в 1941 топливо советских складов быстро бы закончилось. Именно поэтому я запустил исследования в этой области уже осенью 1941го года, благо тогда уже подобрались команды химиков и технологов, знакомых с процессами высокотемпературной переработки твердого топлива. Они, правда, работали над транспортными и промышленными газогенераторами, ну так производство жидкого топлива отличается от этой работы только давлением, особенно если по процессу Фишера-Тропша - это та же перегонка твердого топлива в газ, только потом он не сжигается в топках и цилиндрах, а перерабатывается в жидкое топливо. Но наши спецы почему-то ратовали за гидрогенизацию угля - точнее, нефтяного кокса. Ну а кто я такой, чтобы спорить со спецами, тем более что они предоставили выкладки, из которых все так и следовало.

Естественно, как и прочие вещи, производство жидкого топлива мы начинали с малого - практически на коленке лабали агрегаты и на них отлаживали процессы. Так, первый аппарат поначалу выдавал всего десять килограммов бензина или керосина в сутки - в качестве реакционной камеры мы взяли кусок ствола от гаубицы, для теплообменников использовали трубки паровоза, сепаратор - газовый фильтр от газогенераторного двигателя трактора, ну и остальное оборудование получили примерно также - раздербаниванием более-менее подходящего по требующимся функциям, хотя немного поточить на станках все-таки пришлось, чтобы состыковать все это между собой. Уже через три месяца та же установка выдавала пятьдесят килограммов топлива в сутки - народ учился все лучше управлять процессами. Через полгода - восемьдесят килограммов - и это был уже предел данной конструкции. Но в дополнение к ней работало уже десять таких установок - и восемьсот килограммов горючего давали либо почти тысячу километров пробега бронетехнике, либо полет в семьсот километров. Причем агрегаты высокого давления по прежнему изготавливались из орудийных стволов, а теплообменники, колонны, фильтры - тут мы использовали уже большие, объемные конструкции - раздербанили три паровода, поставили их котлы на попа, набили нужной требухой - и все аппараты работали на эту связку.

Потом уже пошли агрегаты высокого давления нашего собственного изготовления - сначала того же объема, так как процессы были отлажены, затем мы его стали наращивать. Поначалу делали трубы по той же технологии, что и артиллерийские стволы - прокатывали стальное бревно и вырезали в нем сердцевину. Тупо, долго и сложно, зато надежно. А потом, когда овладели электрошлаковой сваркой - стали сваривать нужные объемы из прокатанных и изогнутых отдельных листов толщиной десять сантиметров - на тот момент у нас не было достаточного количества легирующих добавок и мы использовали обычную конструкционную сталь - в принципе, по сопротивляемости нагрузкам под температурой она была сравнима со сталью с 4-6 процентами хрома, и только добавление 0,5 процента молибдена увеличивало ее стойкость в два раза. Так, для удлинения на 1% при температуре 500 градусов стали в 0,2% углерода было достаточно усилия в 3,7 килограмма на квадратный миллиметр - примерно 370 атмосфер - в течение 100 000 часов, а на 10% - 5,3 кг на квадратный миллиметр - 530 атмосфер. Мы, впрочем, и не рассчитывали на такие сроки эксплуатации, и то, что наша техника проработает 100 000 часов - более 11 лет - было лишь приятным бонусом, не более - мы ее все-равно собирались постоянно модернизировать.

Да и водородная коррозия не давала спокойно жить. При больших давлениях и температурах, характерных для гидрогенизации, водород диссоциирует на атомы. А размер каждого атома - 0,1 нанометра, так что водород вполне свободно проходит через кристаллическую решетку железа и межкристальное пространство стали - стальные конструкции напитываются водородом. Казалось бы - да и черт-то с ним ! Но этот вредитель не только просачивается внутрь казалось бы такого крепкого материала, как сталь - нет, он там накапливается, причем до таких пределов, что может создавать давления, превышающие предел прочности металла - кристаллы начинают раздвигаться, в металле образуются микрополости, микротрещины, водород проникает в металл все активнее - процесс нарастает. Но и это еще не все. В стали содержится углерод, и при тех высоких температурах, что присутствуют в процессах гидрогенизации, он реагирует с просочившимся водородом - внутри стали образуется метан. В принципе, это снижает давление водорода, так как одна молекула метана вбирает из окружающего пространства четыре атома водорода - объем газа падает. Правда, этот метан тоже может перемещаться по межкристалльному пространству, накапливаться и разрывать металл. Но и это еще не все - сам-то углерод уходит из стали, отчего та превращается в обычное железо и ее прочность снижается - при этом снижается не только общая конструкционная прочность агрегатов, но и микроскопическая - водороду легче разорвать обезуглероженную сталь, то есть проще образуются микропоры и микротрещины, соответственно, водороду становится еще проще проникнуть вглубь, к новым слоям металла - история повторяется все снова и снова. Причем этот процесс - сравнительно быстрый. Так, Сталь 35 при температуре 500 градусов обезуглероживается на глубину 5 миллиметров всего за 100 часов. При 400 градусах - на 2 миллиметра. В общем, с этим водородом сплошное расстройство.

(кстати - этот эффект был известен еще в 1935, но и в 1965 инженеры НАСА с удивлением наблюдали за разрушением емкости для хранения водорода на давлениях, существенно ниже расчетных - с такими "кадрами" неудивительно, что первым человеком в космосе стал Гагарин, а не какой-нибудь Алан Шепард - впрочем, без фон Брауна и других немецких спецов Шепард, пожалуй, не стал бы и десятым человеком, побывавшим в космосе (путь даже по суборбиталке))

Так вот - водород. К счастью, есть методы, позволяющие с ним бороться. Например - легирование хромом. Два процента хрома сводят обезуглероживание до десятых долей миллиметра на каждые триста часов при 500 градусах. Впрочем, другие карбидообразующие легирующие добавки - вольфрам, молибден, ванадий - также защищают сталь, образуя устойчивые карбиды. К тому же хром образует с железом хромистый феррит, устойчивый при высоких температурах и давлениях, а молибден существенно замедляет реакцию образования метана, то есть соединения углерода стали с проникшим в нее водородом - водород дольше остается в атомарном состоянии, его давление нарастает и уже он не пускает следующие порции водорода внутрь. Так что способы борьбы были. Мы столкнулись с этим не только при гидрогенизации, но и при производстве аммиака из азота воздуха, так что результаты борьбы с водородной коррозией работали сразу по нескольким направлениям. Правда, в 1942 мы ограничивались газопламенным напылением покрытий, укрепляя прежде всего наружные слои внутренних стенок химических аппаратов, и полностью легированную сталь мы начали использовать уже в 1943 - с середины 1942го мы начали получать значимые количества легирующих добавок - и со своих горных разработок, и с востока - да потом еще полгода учились варить-прокатывать-сваривать такую легированную сталь - но дело понемногу двигалось - в итоге вдобавок к напылению мы вставляли внутрь рабочего толстостенного цилиндра из обычной стали тонкостенный цилиндр из хромомолибденовой стали - собственно, использовали мировой опыт. Да еще в пространство между этими цилиндрами запускали холодный водород, который охлаждал внешний цилиндр и заодно предохранял его и от серной коррозии, когда сера, присутствующая в сырье, соединяется с железом и образует сернистое железо. Ну вот, а ведь я хотел позднее предложить охлаждать стенки ракетного сопла, пропуская через проделанные в них отверстия жидкий кислород - типа внести очередное "рацпредложение". Оказывается, все придумано до нас.