Джон Браун - Семь элементов, которые изменили мир

«Тандер Хорс» – крупнейшая полупогруженная морская нефтедобывающая платформа в мире. Она вполовину больше предыдущего рекордсмена, построенного в Норвегии [24]. Ее стальной корпус весом 60 000 тонн вмещает в себя сложную систему из 50 километров труб и 250 километров электрических кабелей. Беспрецедентно сложная конструкция необходима для работы на крупнейшем в Мексиканском заливе нефтяном месторождении Тандер Хорс с ожидаемым ежедневным объемом добычи нефти и природного газа в 250 тысяч баррелей и миллион кубических метров соответственно. Только прочная и недорогая сталь могла использоваться в таких масштабах в столь агрессивной морской среде.

Ни один из существующих кораблей не был способен перевезти корпус «Тандер Хорс» из судостроительной верфи в Окпо (Южная Корея) в Мексиканский залив. Для решения этой задачи у баржи «Блю Марлин», одной из двух крупнейших на тот момент в мире, пришлось расширить корпус и увеличить мощность двигателей. Но даже после изменений «Тандер Хорс» выступала за края баржи на 20 метров с каждой стороны. Слишком широкая для прохождения Панамского канала и слишком длинная для прохождения Суэцкого канала, она после погрузки на Blue Marlin обогнула мыс Доброй Надежды и, пройдя в общей сложности 30 000 километров, через два месяца прибыла в Мексиканский залив.

В июле 2005 г., через шесть лет после того, как BP открыла это месторождение, платформа была почти готова к эксплуатации. Меж тем Мексиканский залив знаменит не только крупнейшими в мире месторождениями нефти, но и ежегодными разрушительными ураганами. Ураган «Деннис» стал первым в Атлантике за сезон 2005 г., отличавшимся рекордно высокой активностью воздушных масс. Узнав о приближении урагана к «Тандер Хорс», BP решила отвести платформу в более спокойное место. Набирая силу по мере продвижения к побережью США, «Деннис» прошел всего в 230 километров от «Тандер Хорс», при этом скорость ветра достигала 220 км/ч. Когда шторм начал стихать, нефтяники различили силуэт накренившейся стальной громадины.

Закончив речь на торжественном вечере в Национальном морском музее, Боб сел на место. Его телефон постоянно вибрировал, но он не мог выйти из-за стола, чтобы узнать, что стряслось. Я решил не сообщать ему того, что знал, до окончания ужина. Спасательная операция не могла начаться прежде, чем море успокоится и мы получим доступ на платформу, так что какие-то два-три часа не имели значения. Когда мы выходили из музея, я рассказал ему о звонке Тони Хэйуорда и его словах: «Пять миллиардов долларов могут пойти на морское дно». «Я так и подумал, что случилась какая-то неприятность, – сказал он. – Теперь мне следует позвонить туда».

Сначала мы не могли понять, что же произошло. «Тандер Хорс» проектировалась таким образом, чтобы выдержать шторм, «который случается раз в сто лет» [25]. 60 000 тонн стали были поставлены на службу людям, но виной всему оказался не шторм: «Тандер Хорс» уже имела крен в 16° до начала урагана, и огромные волны лишь способствовали ухудшению ситуации. Механические дефекты и ошибки конструкторов привели к нарушению работы гидравлической системы управления, обеспечивающей горизонтальное положение гигантской платформы посредством перекачивания воды из одних балластных цистерн в другие. После нескольких дней обследования и проведения ремонтных работ «Тандер Хорс» была приведена в порядок и с тех пор стойко выдерживает все ураганы, являя собой пример огромной прочности стали и нашей способности применять ее в грандиозных проектах, веря в ее надежность.

Заправляясь на бензоколонке или поворачивая газовый кран, большинство из нас редко обращает внимание на то, насколько зависима энергетическая инфраструктура от стали. Все звенья в цепи доставки энергии, включая разведку, добычу и очистку горючих полезных ископаемых и генерирование электроэнергии, во многом основаны на использовании железа. Но надежность добывающей техники и трубопроводов определяется не только его прочностью. Если бы «Тандер Хорс» была изготовлена из чистого железа, атомы которого легко скользят друг по другу, то она рухнула бы под тяжестью собственного веса. Прочность стали зависит от правильного баланса между железом и углеродом. Чистое железо отличается мягкостью, но углерод перестраивает пространственную решетку его атомов, в результате чего они утрачивают способность скользить друг по другу. Так и создается твердая сталь [26]. Но добавьте слишком много углерода, и получился в чугун, очень хрупкий и легко разбивающийся при ударе.

Веками сталь производилась в малых количествах с помощью дорогостоящих технологий, не допускающих масштабного применения. Но в 1856 г. случайное открытие английского изобретателя Генри Бессемера привело к созданию процесса, позволяющего соблюдать баланс между углеродом и железом в промышленном производстве. Это изобретение, используемое и в наши дни, оказало огромное влияние на развитие современной сталелитейной промышленности. Подобно многим новациям в металлургической промышленности, бессемеровский процесс возник из потребности в совершенствовании вооружений [27]. В 1854 г. Бессемер встретился с Наполеоном III, желавшим иметь более качественный металл для улучшения технических характеристик своей артиллерии. Для Бессемера, по его собственным словам, это стало «искрой, воспламенившей одну из величайших революций. Я непрерывно думал о том, как повысить качество железа для производства пушек» [28].

Все произошло летом 1856 г. Как-то раз Бессемер открыл дверцу экспериментальной печи с наддувом и заметил в ней несколько кусочков чугуна (железа с высоким содержанием углерода), лежавших у края печи. Они не плавились. Должно быть, температура недостаточно высока, подумал он и увеличил подачу горячего воздуха. Через полчаса Бессемер с удивлением обнаружил: кусочки чугуна с виду никак не изменились. Он взял кочергу, чтобы столкнуть их в ванну для расплавленного металла, но обнаружил, что они представляют собой тонкие скорлупки из чистого железа, из которого полностью удален углерод. Случайно оказалось, что подаваемый в печь воздух обдувал кусочки раскаленного чугуна, повышая температуру и удаляя из них углерод. Внешний источник тепла всегда считался необходимым, чтобы поддерживать в печи достаточно высокую температуру и не допустить застывания расплавленного железа. А вдруг, подумал Бессемер, направляя холодный воздух на расплавленный металл, удастся превратить весь хрупкий чугун в чистое железо?

В результате он построил другой экспериментальный конвертер с шестью трубками под днищем камеры для подачи воздуха. Он открыл вентили, и воздух начал продуваться через расплавленный чугун. Бессемер так описывает то, что произошло потом: «Все шло как обычно примерно десять минут. Но вскоре произошло быстрое изменение; фактически весь кремний оказался полностью поглощен, и кислород, соединяясь с углеродом, создавал все усиливающиеся потоки искр, после чего последовало несколько несильных взрывов, сопровождавшихся выбросами в воздух расплавленного шлака и металла, и мой аппарат превратился в подобие настоящего вулкана в состоянии активного извержения. Никто не мог подойти к конвертеру, чтобы перекрыть подачу воздуха» [29].

Когда извержение утихло, Бессемер слил расплавленный металл в форму. Металл остыл и превратился в прочный стержень. Он взял плотницкий топор и трижды ударил по стержню. Каждый раз топор глубоко проникал в мягкий металл, но не разбивал его вдребезги, как можно было ожидать в случае с хрупким чугуном. Бурная химическая реакция поддерживала высокую температуру в конвертере, делая ненужной подачу тепла извне. В результате образовывалась новая разновидность железа с низким содержанием углерода – так называемая бессемеровская сталь [30].

Новаторская технология Бессемера лежит в основе современных методов выработки стали. Получаемый с ее помощью материал не только более прочный, упругий и ковкий, чем мягкая сталь. Он и производится намного быстрее, а главное, дешевле. Традиционный процесс производства стали предполагает медленное нагревание вместе с древесным углем и занимает десять дней. Стоимость полученной таким образом тонны стали составляла более 50 фунтов (около 6 тыс. долл. по пересчету на сегодня [31]). Новая технология позволила вдесятеро удешевить процесс. До нее сталь была настолько дорогой, что могла использоваться лишь для изготовления небольших, имеющих высокую ценность предметов (мечи, ножи и некоторые инструменты). Зато теперь корабли, мосты, железнодорожные рельсы, паровые котлы и многие механизмы создаются из дешевой, прочной стали, имеющейся в изобилии. Даже простой гвоздь можно теперь сделать быстро и дешево, без длительного и тяжелого процесса ковки [32].

Бессемеровский процесс вскоре быстро распространился по всему миру. Альфред Крупп одним из первых приобрел лицензию; к 1867 г. он имел 18 конвертеров и лидировал на европейском континенте в производстве бессемеровской стали [33]. Производство возросло особенно заметно, когда новая технология начала применяться в США. В 1892 г. Америка довела выпуск стали до 4 000 000 тонн в год. В статье, опубликованной в Times в 1893 г., утверждалось: стоимость золота, добытого за три года во всех рудниках мира, равняется стоимости бессемеровской стали, выплавленной за год.