«Все познается в сравнении» – автором этой знакомой многим фразы считается немецкий мыслитель и философ Фридрих Вильгельм Ницше (1844-1900). Он жил и работал в период, когда соотечественники Ницше совершили прорыв в научной публицистике. Именно тогда в Германии был составлен и напечатан справочник Хютте (Hütte в переводе с немецкого языка «хижина») – уникальное руководство для инженеров, архитекторов, механиков и студентов.
Вряд ли философ им пользовался, но его слова стали пророческими для научного издания. Хютте дополняли и переиздавали много раз, причем не только в Германии, но и в царской, советской и современной России. В этой связи мы можем проследить историю и эволюцию газо-, паро- и водопроводной арматуры, которая изложена в справочнике, сопоставить сведения и убедиться в том, что за 100 с лишним лет многие окружающие нас вещи практически не изменились.
Последний справочник царских времен
Дореволюционных справочников Хютте, увы, сохранилось немного. Однако аналитикам и инженерам компании Profactor Armaturen GmbH повезло. В их распоряжении находится немецкий справочник, изданный в Российской империи в 1916-1917 годах, который позволяет совершать экскурсы в прошлое и возвращаться с удивительными находками (рис. 1).
Хютте был впервые переведен на русский язык и издан в Российской империи более 130 лет назад. Уникальный двухтомник напечатали в 1890 году в период правления императора Александра III. Тогда справочник содержал 16 разделов, тексты сопровождали 835 чертежей, а весь труд умещался на 1340 страницах. В последующие годы разделов становилось больше, от чего объем справочника увеличивался. Так, девятое издание «Справочной книги» уже в трех томах было напечатано при императоре Николае II в 1916-1917 годах к 25-летию с момента выхода первого издания. Юбилейный справочник стал последним научно-техническим трудом, изданным в царской России до большевистской революции.
Десятое издание Хютте появилось уже в новой стране – РСФСР – в 1921 году, оно было издано в Берлине по заказу советского правительства на современном русском языке. До Великой Отечественной войны немецкий справочник переиздавался в России несколько раз и являлся одним из самых востребованных и распространенных технических изданий в СССР. Его, конечно, дополнили сведениями о советских стандартах и материалах, а некоторые разделы были полностью переписаны. В частности, 26-е издание Хютте вышло в 1932 году, 27-е издание – в 1949 году. В современной России появилось 33-е издание в 2007 году и заключительное, 34-е, – в 2012 году.
Что касается последнего царского справочника Хютте 1916-1917 годов, он был издан в Москве типографией «Товарищество Скоропечатни А.А. Левенсон». Эта корпорация была широко известна в дореволюционной России и считалась одним из лучших издательств в стране. Министерство императорского двора было довольно качеством и ассортиментом продукции Левенсона, поэтому удостоило предприятие звания поставщика двора Его Императорского Величества. В 1900 году продукцию скоропечатни отметили на Всемирной выставке в Париже (рис. 2 и рис. 3).
Поставщик двора Его Императорского Величества выпустил трехтомник Хютте под редакцией инженера Г.Л. Зандберга. Количество разделов в справочнике расширилось до 29, в текст были включены 3600 чертежей, а объем переработанного и дополненного издания составил около 4000 страниц.
Немецкий справочник, изданный при Николае II, оказался в три раза объемнее первого издания, а количество чертежей в нем увеличилось в 4 раза. Этот раритет чудом сохранился до наших дней и стал частью интеллектуальной собственности PROFACTOR. Он позволяет аналитикам и инженерам предприятия совершать экскурсы в прошлое и возвращаться с удивительными находками. Часть из них мы рассмотрим в этом обзоре и, по рекомендации Ницше, сопоставим с нынешними научно-техническими достижениями.
Наблюдения и сравнения
«Через несколько дней после начала действия водопровода происходит осаждение мути на внутренней поверхности его стенок; муть уменьшает полезный диаметр трубопровода на 2-3 мм в месяц. Часто встречающаяся на внутренней поверхности труб корка толщиной иногда до 60 мм является следствием образования осадков из воды.
Количество образующихся осадков соответствует количеству протекающей воды; увеличением скорости движения воды нельзя избежать образования осадков», – это наблюдение сделали немецкие водопроводчики и монтажники на рубеже XIX-ХХ веков. С ним можно ознакомиться в справочной книге «Hütte» (Часть I. 2 Отдел. В. «Механика капельно-жидких тел». II «Динамика капельно-жидких тел». С. «Движение воды по заполненным трубопроводам»), переведенной с немецкого на русский язык и изданной в Российской империи в 1916 году (рис. 4).
Невероятно, но с тех пор в работе трубопроводных систем и сантехники мало что изменилось, а борьба с «мутью» продолжается и в XXI веке. Методы и орудия борьбы, конечно, усовершенствовались, но проблемы с водой не исчезли. Она по-прежнему засоряет и выводит из строя водопроводы, отопительное оборудование и сантехническую арматуру.
В первой части справочника Хютте приведены интересные наблюдения водопроводчиков и монтажников. Мастера, в частности, обратили внимание, что динамика формирования корки от осадков воды на внутренней поверхности труб зависит прежде всего от материала, из которого они изготовлены (рис. 5).
Например, «У чугунных трубопроводов образование осадков начинается с небольших неправильно расположенных местных наростов, которые впоследствии образуют на внутренней поверхности сплошной волнистый слой, а в некоторых случаях образуют складки. Масса состоит из бурого железняка, к которому в зависимости от источника водоснабжения примешаны известь, раковины или водяные растения». Описание сопровождается таблицей с любопытными показателями.
Внутри существующих чугунных трубопроводов обнаружено следующее количество осадков в процентном соотношении, появившихся за годы эксплуатации:
• за 10 лет – в среднем 20 %,
• за 20 лет – от 33 до 35 %,
• за 22-24 года – от 36 % до 54 %,
• за 32 года – до 75 %.
В железных трубах обнаружена другая особенность загрязнения: «У железных труб иногда прорастают тонкие стебли по направлению к оси трубы».
В справочнике Хютте подчеркивается, что лучше всего служат и долгое время не загрязняются свинцовые трубы: «На свинцовых трубах образуется через значительное число лет лишь весьма тонкий и равномерный налет». Однако нынешние производители труб и сантехнической арматуры резко изменили свои взгляды. Теперь они отказываются от применения свинца в оборудовании и изделиях, связанных с питьевым водоснабжением. Что же послужило причиной столь серьезного пересмотра и в чем провинился свинец?
Коварный свинец
До недавнего времени производители труб и сантехнической арматуры повсеместно применяли свинец, не догадываясь о серьезной опасности его солей и их вредном воздействии на организм и здоровье человека (рис. 6).
«После долгих наблюдений, анализов и исследований немецкие эксперты убедились, что избыток свинца в инженерной сантехнике, связанной с водопроводными коммуникациями, влияет на состав питьевой воды и несет скрытую угрозу. При регулярном употреблении питьевой воды с наличием солей свинца человек подвергается серьезной опасности, ведь свинец крайне токсичен», – отмечено в статье «Огонь, вода и медные трубы, или эволюция латунной сантехники», опубликованной в августовском выпуске журнала «С.О.К.» № 8, 2016 год.
Поднявшие тревогу ученые в Германии оказались правы! Наиболее распространенной причиной попадания свинца в систему питьевого водоснабжения являются сами водопроводные коммуникации – трубы, заглушки, фитинги, вентили и другая сантехническая арматура, содержащая свинец. В процессе неизбежной коррозии соли свинца попадают в проточную воду и отравляют ее. Обнаружить свинец в питьевой воде человек на глаз не может, этот металл не имеет четко выраженного вкуса или запаха. Увы, но свинец не исчезает из воды после ее кипячения, а попадая в организм человека, он уже не выводится.
Питьевая вода, конечно, может содержать свинец, но не более 0,01-0,03 мг/л. Это максимально допустимая норма! Однако ее превышение приводит к острым и хроническим отравлениям. Они развиваются при регулярном употреблении воды с токсичными солями. Свинец откладывается в тканях, поражает центральную и периферическую нервную систему, кишечник, почки, снижает умственную и физическую активность. Наиболее серьезным последствиям отравления свинцом подвержены дети и беременные женщины.
В той же публикации журнала «С.О.К.» сообщается: «Чтобы предупредить подобные явления и предотвратить столь страшные последствия отравления солями свинца, еще в 2003 году в Германии были приняты специальные «Положения о системах питьевого водоснабжения» и введены жесткие требования по снижению содержания свинца в питьевой воде. В их числе:
• Арматура из медно-цинкового сплава (латунь) с содержанием свинца ≤ 3,5 % и содержанием мышьяка ≤ 0,15 %. Данное требование также действует в отношении латунных изливов кранов по DIN 3523.
• Арматура и соединения труб из медно-цинкового сплава с содержанием свинца ≤ 2,2 % и содержанием мышьяка ≤ 0,1 %.
• Арматура из медно-оловянно-цинкового сплава (бронза) с содержанием свинца ≤ 3,0 % и содержанием никеля ≤ 0,6 %».
С 2013 года в ФРГ еще больше ужесточились условия по контролю и снижению токсичного металла в системах питьевого водоснабжения и начали более активно развивать бессвинцовые технологии Lead-Free (без примесей свинца).
Металл уступает место пластику
Если в справочнике Хютте от 1916 года говорится о том, что лучше всего служат и долгое время не загрязняются свинцовые трубы, то спустя 100 лет ученые нашли более безопасный материал из продуктов переработки нефти. В XXI веке он активно вытесняет водопроводные трубы из металла, служившие человечеству со времен Римской империи. Какой же материал, не содержащий свинец, оказался более прочным и долговечным, да еще с преимуществом не притягивать и не накапливать на своей поверхности грязь от воды?
Технологии без примесей свинца для нужд водоснабжения начали разрабатывать в Европе во второй половине ХХ века. Именно тогда европейские производители стали задумываться и искать безопасную альтернативу металлическим трубам. Долгие годы лабораторных испытаний и экспериментов привели к совершенно новой технологии, позволяющей запустить масштабное производство труб из сшитого полиэтилена, за которыми закрепилось название «Труба-PEX» (рис. 7).
Кто создал и первым начал выпускать трубы из сшитого полиэтилена, подробно изложено в статье «Процесс Энгеля или история появления трубы PEX в России», опубликованной в февральском выпуске журнала «С.О.К.» № 2, 2021 год.
«Произведенные по методу немецкого профессора-химика Томаса Энгеля (Thomas Engel) трубы из сшитого полиэтилена имеют самую большую степень сшивки. Они получаются более эластичные и мягкие. Сшивка полиэтилена происходит равномерно по всей трубе», – отмечено в справочнике «Тепло, вода и полимерные трубы. Сантехнический мир в деталях».
Еще в XIX веке составители справочника Хютте обнаружили и обратили внимание инженеров, архитекторов, механиков и студентов на то, что металлические трубы подвержены окислению и коррозии. Ученые предупредили, что эти негативные факторы сокращают сроки эксплуатации трубопроводных систем и влияют на качество транспортируемой воды. Но их рекомендации в отношении свинцовых труб оказались не до конца продуманными, наука еще не обнаружила вредного воздействия солей свинца на организм человека и до открытия полиэтиленовых технологий было еще далеко.
Хютте преподносит нам интересные примеры того, как наука вполне может ошибаться. Так, 100 лет назад ученые были убеждены, что свинец – это наиболее подходящий материал для производства водопроводных труб. Теперь они настаивают, что трубы из сшитого полиэтилена совершенно безопасны и более эффективны, так как не подвержены коррозии, на их стенках не остается наслоений и наростов от загрязненной воды с тяжелыми взвесями и т. д. Это, конечно, все замечательно, но не будет ли опровергнуто спустя еще 100 лет? Ведь к тому времени, по прогнозу тех же ученых, мир должен слезть с нефтяной иглы и связанных с ней технологий и перейти на экологически чистые и безопасные материалы. Что же тогда случится с трубами из продуктов нефтепереработки? Они ведь тоже, как свинец, могут попасть в опалу…
А пока нефть остается королевой и важно сидит на своем троне, ее отпрыски получают от ученых «мандаты» безопасности разной степени. Поэтому трубы РЕХ постепенно вытесняют металлических предшественников и все чаще используются в системах отопления и для транспортировки питьевой воды. Количество производителей изделий из сшитого полиэтилена в мире ежегодно увеличивается. В их составе есть довольно известные компании и бренды, которые пытаются усовершенствовать полиэтиленовые изделия. Не осталась в стороне и компания Profactor Armaturen GmbH. Она тоже поддержала европейскую инициативу развивать Lead-Free и внедрила новую технику производства универсальных труб из сшитого полиэтилена PEX-A с EVOH-слоем, предназначенные для систем водоснабжения и отопления, в том числе теплых полов. Эта продукция уже поступает на европейский и российский рынок (Рис. 8 и Рис. 9).
Вернемся к дореволюционному справочнику Хютте с наблюдениями и полезными рекомендациями водопроводчиков, монтажников и инженеров. В нем сказано: «Для сохранения надлежащей производительности трубопровода необходимо устанавливать на расстояниях от 50 до 60 метров особые колодцы для прочистки труб. Первая прочистка производится немедленно после окончания укладки трубопровода, а последующие – через каждые 2-3 года правильной эксплуатации».
Оказывается, соответствующие нормативы и инструкции «Об осадках и очистке» были разработаны и опубликованы в Германии за 30 лет до издания в Российской империи справочника Хютте в 1916 году. На эти документы в тексте приводится специальная сноска (см. Iben. Journ. f. Gasbel. 1887). Более того, во второй половине XIX века немцы изобрели и внедрили устройства для фиксирования изменений среды внутри трубопровода.
«Изменения, происходящие внутри трубопровода, можно обнаруживать от времени до времени, если на трубопровод установить две вертикальные стеклянные трубки (пьезометры), взаимно удаленные друг от друга на определенное расстояние. (Обе трубы выше уровня жидкости соединяются между собою трубкой с краном, последний служит для регулирования разряжения или сжатия таким образом, чтобы можно было удобно отсчитывать показания на вертикальных трубках)».
В подразделе «J. Обмер воды (Определение напора в трубопроводах)» приводится инструкция по установке пьезометра.
«Соединение пьезометра с трубопроводом производится через отверстие диаметром от 1 до 2 мм в стенке трубы; оно строго нормально к направлению струи. Оставшиеся при сверлении дыр заусеницы металла должны быть безусловно удалены. Равным образом, должен быть автоматически удален воздух из всех частей пьезометра. Потеря напора (или сопротивление) трубопровода определяется разностью гидравлических напоров, по меньшей мере, в двух пьезометрах. Оба пьезометра должны быть установлены в тех местах трубопровода, где сечение его строго одинаково, чтобы избежать влияния сжатия струи».
В рекомендации также приведена математическая формула, по которой можно с помощью показаний пьезометров высчитать потерю напора воды в действующем трубопроводе, чтобы определить необходимость его очистки или полной замене арматуры, вышедшей из строя из-за последствий загрязнения. Интересных примеров первых технических разработок и наблюдений в Хютте немало, и к ним мы еще вернемся.
Аналитики и инженеры PROFACTOR часто обращаются к дореволюционному справочнику и находят в нем уникальные сведения. Избранными находками специалисты компании решили поделиться со всеми, кто интересуется историей и развитием системы отопления, газо-, паро- и водопроводной арматуры. Некоторые сведения, изложенные в Хютте, будут адаптированы, и на их основе будет разработана серия обзорных материалов с уникальными иллюстрациями из самого справочника. Первый обзор из этой серии, как видите, завершен, но путешествия в прошлое на «машине времени» Хютте вскоре продолжатся.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, № 6 (68)
