Химия в бою - В. Жуков

Удаление углекислоты в системе регенерации атомных подводных лодок США происходит в специальных химических реакторах — скрубберах. Их действие основано на способности жидкого органического вещества — моноэтаноламина — поглощать углекислый газ при пониженной температуре и снова выделять его при нагреве. Выделение углекислоты происходит в специальной камере скруббера — десорбере, откуда она удаляется за борт.

В аварийных условиях углекислый газ поглощает гидроокись лития. Она находится в контейнерах, через которые вентиляторами непрерывно прогоняется воздух.

Однако оказывается, еще недостаточно поддерживать в отсеках лодки заданную концентрацию кислорода и углекислого газа. Как показали исследования американских специалистов, воздух в отсеках содержит примеси почти 40 видов, половина которых относится к категории вредных для человека. Они образуются при работе различных систем и устройств корабля. Это окись углерода, окислы азота, фреон, водород, метан, аммиак и другие газы, а также взвеси. Борьба с ними на борту лодки ведется с применением обширного арсенала химических средств. Здесь и разнообразные фильтры — от древесноугольного, подобного тому, что используется в противогазах, до электростатических осадителей и каталитических реакторов.

Примером подобного реактора может служить установка для «дожигания» водорода и окиси углерода. Здесь нагретый воздух прокачивается через слой катализатора — гопкалита. При этом угарный газ окисляется в двуокись углерода, а водород — в пары воды. Очищенный воздух после охлаждения в теплообменнике возвращается в отсеки.

Многообразие и сложность химических процессов, привлекаемых для создания искусственной атмосферы на борту лодки, несут с собой и определенные трудности. Ведь всеми этими процессами нужно эффективно и согласованно управлять. Вот — почему специалисты стремятся отыскать новые, более простые способы и средства регенерации воздуха. В печати сообщалось, например, о разработке так называемого сульфатного цикла. Суть его заключается в том, что при электролизе сульфата натрия в особых условиях может выделяться кислород и одновременно поглощаться углекислый газ.

Не оставляют ученые попыток использовать для регенерации воздуха на подводных лодках и биологические процессы. Известно ведь, что растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Правда, исследования специалистов, проводившиеся на некоторых видах водорослей, практических результатов тюка не дали: слишком велики по объему получаются такие биологические реакторы — 170 литров на человека. Изыскиваются и принципиально новые методы удаления углекислоты путем вымораживания, использования молекулярных газовых фильтров.

Однако регенерация решает лишь одну часть задачи поддержания состояния «подводной атмосферы» на уровне необходимых гигиенических требований. Не менее важную роль в обеспечении обитаемости изолированных от внешнего мира отсеков подводной лодки играет кондиционирование воздуха, то есть создание микроклимата, благоприятного для жизнедеятельности экипажа. Более того, в связи с тем, что при работе ядерной энергетики выделяется очень большое количество тепла, кондиционирование воздуха стало просто жизненно необходимым. Не удивительно, что на современных подводных лодках создаются целые фабрики холода. Их часовая производительность нередко превышает миллион килокалорий. Так, на американской атомной лодке «Тритон» вес системы кондиционирования достигает 500 тонн.

Рабочим веществом — хладагентом — для рефрижераторов подводных лодок служат различные химические вещества. Прежде всего это широко известный газ фреон, который используют и в бытовых холодильниках. Правда, токсичность некоторых производных фреона и шум, который сопровождает работу фреоновых компрессоров, заставили специалистов перейти к новым, бромисто-литиевым абсорбционным холодильным машинам.

Синтетика в отсеках

Много и другой работы выпало на долю химии внутри подводного корабля. Взять хотя бы такую, на первый взгляд, мелочь, как окраска. Обычные масляные и эмалевые краски были забракованы. Кому не знаком их резкий запах, особенно сразу же после покраски? Правда, через некоторое время в хорошо вентилируемых помещениях он ослабевает, люди перестают его ощущать. Другое дело, когда такие краски применяют на подводных лодках. При длительном подводном плавании концентрация выделяемых ими вредных для человека газов неизбежно будет возрастать. Вот почему на американских атомных лодках, например, внутренние помещения окрашиваются акрильными латексными красками, которые перед покраской растворяются в воде. Они высыхают примерно за 20 минут, дают такой же блеск, как эмали, но не имеют запаха. Окрашенные акрильными красками стены хорошо моются. Этими же красками можно покрывать и внутренние палубы, так как красочный слой хорошо сопротивляется истиранию. Однако покрытия из акрильных красок разрушаются под действием морской воды и температуры свыше 70 градусов.

Химия дала и многие другие синтетические материалы, которые находят все более широкое применение на подводных лодках. Среди них — полиуретан, относящийся к классу конденсационных полимеров. Полиуретановым пенопластом заполняются труднодоступные проницаемые части между легким и прочным корпусами подводной лодки, внутренние полости рулей и стабилизаторов. Так, на лодках типа «Скипджек» объем заполняемых пенопластом полостей достигает 30 кубометров (рис. 4).

Рис. 4. Почти 30 кубометров междукорпусного пространства этой американской подводной лодки типа «Скипджек» занимает полиуретан

А самое главное, считают за рубежом, полиуретан незаменим в биологической защите ядерных энергетических установок. Он входит в состав боропласта, который изготовляется из полиуретановой пластмассы с добавлением полиэтиленовых или нейлоновых зерен, содержащих химический элемент бор. Как известно, бор эффективно поглощает нейтроны и, следовательно, обеспечивает защиту экипажа и аппаратуры от нейтронного излучения.

Полиуретановый пенопласт служит и для амортизации пусковых труб баллистических ракет, для теплоизоляции обшивки прочного корпуса изнутри подводной лодки и трубопроводов с холодной водой. Всего же на каждой атомной ракетной лодке, сообщала печать, используется для различных целей до 90 кубометров пенопласта.

Наконец, полиуретан применялся и еще в одной совершенно неожиданной, на первый взгляд, области. А именно, в смеси с сополимером бутадиена и акриловой кислоты, либо с присадками алюминия и перхлората аммония входил в — состав твердотопливной смеси для двигателей баллистических ракет «Поларис» А-1 и А-2. Таким образом, на современных подводных лодках полиуретан стал поистине универсальным материалом.

Совершенно необычен случай применения синтетики на исследовательской подводной лодке «Алюминаут». Эта лодка рассчитана на глубину погружения до 4500 метров. Секции ее прочного корпуса с обшивкой толщиной свыше 150 миллиметров из термически обработанного алюминиевого сплава нельзя было сваривать. Как же поступить? Инженеры-кораблестроители решили склеить секции друг с другом фенольным нитроклеем и стянуть болтами. Опыт оказался удачным.

На подводных лодках широко применяются различные пневматические конструкции, изготовленные из прорезиненных синтетических материалов. Это и надувные сходни, выдерживающие нагрузку до 700 килограммов, надувные шлюпки и даже надувные гимнастические кабины, которые предохраняют матросов, выполняющих упражнения, от ударов о детали лодки и ее устройств. Некоторые лодки имеют вентиляционные трубопроводы, собранные из поливинилхлоридных труб. Как видно, для подводного кораблестроения настала пора поистине триумфального шествия синтетики.

Химия в энергетике

В ядерных энергетических установках подводных лодок США используются многие химические элементы и синтетические органические соединения. Среди них — ядерное горючее в виде обогащенного делящимся изотопом урана; графит, тяжелая вода или бериллий, используемые как отражатели нейтронов для уменьшения их утечки из активной зоны реактора; бор, кадмий и гафний, входящие в состав стержней управления и защиты; свинец, применяемый в первичной защите реактора наряду с бетоном; цирконий в сплаве с оловом, служащий конструкционным материалом для оболочек тепловыделяющих элементов; катионитные и анионитные смолы, используемые для загрузки ионообменных фильтров, в которых первичный теплоноситель установки — вода высокой степени очистки освобождается от растворенных и взвешенных в ней частиц.

Важная роль отводится химии и в обеспечении работы различных систем подводных лодок, например системы гидравлики, имеющей прямое отношение к управлению энергетической установкой. Американские химики долго работали над созданием рабочих жидкостей для этой системы, способных действовать при высоком давлении (до 210 атмосфер), безопасных в пожарном отношении и неядовитых. Сообщалось, что для предохранения трубопроводов и арматуры системы гидравлики от коррозии при обводнении забортной водой в рабочую жидкость добавляется хромат натрия.