Краны для газа шаровые

Краны шаровые для газопроводов: конструкция, материалы, стандарты и применение

Шаровой кран для газопроводов представляет собой запорную арматуру, в которой запирающий или регулирующий элемент имеет сферическую форму (пробку) с сквозным отверстием. Управление осуществляется поворотом рукояти на 90°, что обеспечивает полное открытие или закрытие проходного сечения. Основное назначение – надежное отключение участка газовой сети для проведения ремонтных работ, подключения оборудования или аварийного прекращения подачи газа.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция газового шарового крана отличается от аналогичной арматуры для воды или пара рядом ключевых элементов, направленных на обеспечение максимальной герметичности и безопасности.

• Корпус: Изготавливается литым, сварным или комбинированным. Имеет патрубки для присоединения к трубопроводу (фланцевые, муфтовые, под приварку). Внутренняя полость точно обработана для обеспечения плотного прилегания шаровой пробки.
• Шаровая пробка: Полированная сфера с цилиндрическим или коническим сквозным отверстием (проходом). В кранах полнопроходного типа (Full Bore) диаметр отверстия равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, что минимизирует гидравлические потери. В стандартнопроходных (Reduced Bore) – отверстие меньше, что увеличивает сопротивление потоку, но снижает крутящий момент и стоимость крана.
• Уплотнительные седла: Кольца, расположенные между корпусом и шаровой пробкой. Изготавливаются из полимерных материалов с низким коэффициентом трения и высокой газонепроницаемостью (PTFE, PTFE с наполнителями, нейлон, делон). Обеспечивают герметичность в закрытом положении.
• Шпиндель (шток): Служит для передачи крутящего момента от рукояти или привода к шаровой пробке. Имеет уплотнительные узлы (сальниковые или сильфонные) для предотвращения утечки газа в атмосферу. Сильфонное уплотнение является золотым стандартом для газовых сред, так как обеспечивает двойную защиту.
• Предохранительный элемент: В газовых кранах часто предусмотрен стопорный механизм, предотвращающий несанкционированное открытие, или заглушка для контроля за состоянием уплотнения шпинделя.
• Присоединительные концы: Для газовых систем распространены фланцевые соединения (по ГОСТ 33259, EN 1092-1) и соединения под приварку встык (Butt Weld). Муфтовые соединения (резьбовые) применяются на малых диаметрах и давлениях.

Классификация и технические параметры

Газовые шаровые краны классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.

Таблица 1: Классификация шаровых кранов для газа

Критерий	Типы	Описание и применение
По номинальному давлению (PN)	PN 6, PN 10, PN 16, PN 25, PN 40, PN 63, PN 100, PN 160	Давление, которое кран может выдерживать при температуре 20°C. Для магистрального газа распространены PN 16-64. Для технологических установок – до PN 100 и выше.
По типу присоединения	Фланцевый, Под приварку, Муфтовый (резьбовой)	Фланцевые – для частого монтажа/демонтажа. Под приварку – для постоянных, наиболее надежных соединений. Муфтовые – для вспомогательных линий малого диаметра.
По конструкции корпуса	Цельносварной, Разборный (с плавающей или фиксированной шаровой пробкой)	Цельносварные – для высоких давлений, неразборные. Разборные с плавающим шаром – шар прижимается к седлу давлением среды. С фиксированным шаром – для больших диаметров и высоких давлений, шар вращается на опорах.
По материалу корпуса	Углеродистая сталь, Нержавеющая сталь, Ковкий чугун, Латунь	Сталь (Ст20, 09Г2С, 12Х18Н10Т) – для магистралей и СУГ. Чугун (ВЧШГ) – для распределительных сетей низкого давления. Латунь – для бытовых и коммерческих установок.
По типу управления	Ручной (рычаг, редуктор), С приводом (пневмо-, электропривод)	Ручное – для кранов до DN 200. Приводное – для дистанционного управления, включения в АСУ ТП или на труднодоступных участках.
По рабочей среде	Природный газ (метан), СУГ (пропан-бутан), Азот, Кислород (специальное исполнение)	Конструкция и материалы должны соответствовать химическим свойствам среды. Для кислорода требуется обезжиривание.

Требования нормативной документации и стандарты

Производство, испытания и монтаж шаровых кранов для газовых систем регламентируется строгими национальными и международными стандартами.

• ГОСТ Р 55072-2012 (EN 331:1998): Краны шаровые для газораспределительных систем. Рабочее давление до 1,6 МПа (16 бар). Основной стандарт для бытового и коммунального сектора в РФ.
• ГОСТ 28343-89 (ISO 7121): Краны шаровые стальные фланцевые на PN 16-100. Применяется для промышленных и магистральных газопроводов.

ГОСТ 21345-2005: Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов. Для газовых кранов класс герметичности «А» (полная непроницаемость) является обязательным.

• ГОСТ 9544-2015: Нормы герметичности металлических затворов. Устанавливает допустимые величины утечек при испытаниях.
• Технический регламент ТР ТС 032/2013: «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением». Обязателен для обращения на рынке ЕАЭС. Требует сертификации или декларирования.
• ISO 17292: Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Металлические шаровые краны.
• API 6D/ API 608: Американские стандарты для магистральных трубопроводов и промышленной арматуры.

Испытания включают: гидравлические прочностные (давлением 1,5 PN), пневматические на герметичность в корпусе и затворе, испытания на безотказность циклами «открыто-закрыто».

Критерии выбора шарового крана для газовых систем

Выбор конкретной модели осуществляется на основе детального анализа условий эксплуатации.

• Диаметр и давление: Определяются гидравлическим расчетом трубопровода. Кран должен иметь PN не ниже рабочего давления системы с запасом.
• Материал корпуса: Выбирается исходя из давления, коррозионной агрессивности среды и внешних условий. Сталь – универсальный выбор для наружных и подземных (с защитным покрытием) магистралей. ВЧШГ – для внутренних распределительных сетей.
• Тип присоединения: Должен соответствовать проекту. Сварные соединения наиболее надежны, но требуют квалификации при монтаже. Фланцы упрощают обслуживание.
• Температурный диапазон: Материалы уплотнений (седел) критичны. Стандартный PTFE работает в диапазоне от -20°C до +150°C. Для низких температур (СПГ, северное исполнение) применяют PTFE с наполнителями или другие полимеры, сохраняющие эластичность.
• Пожаробезопасное исполнение (Fire Safe): По стандартам API 607, ISO 10497. Конструкция крана должна сохранять герметичность в течение определенного времени при воздействии открытого пламени, даже после разрушения полимерных седел. Достигается металл-к-металлу контактом между шаром и корпусом при температурной деформации.
• Антистатическое исполнение: Обязательное требование для газовых кранов. Обеспечивает электрический контакт между шаром, шпинделем и корпусом для отвода статического электричества, предотвращающего искрообразование.
• Полнопроходность: Для магистральных линий, где важны минимальные потери давления, выбирают Full Bore. Для вспомогательных линий допустим Reduced Bore.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж – залог долговечной и безопасной работы арматуры.

• Подготовка: Перед монтажом необходимо проверить кран на отсутствие повреждений, чистоту внутренней полости и легкость хода. Следует удалить транспортные заглушки.
• Ориентация: Кран может устанавливаться в любом положении (горизонтально, вертикально), но предпочтительно расположение шпинделем вертикально или под углом, но не вниз. Это предотвращает скопление примесей в полости корпуса и облегчает обслуживание.
• Монтажные напряжения: При стыковке фланцев или приварке не допускается приложение чрезмерных усилий, которые могут привести к деформации корпуса и заклиниванию шара. Трубопровод должен быть правильно соосен.
• Сварка: При монтаже крана под приварку шаровой элемент должен быть в полностью открытом положении. Обязательно применение тепловых экранов для защиты полимерных уплотнений и сальникового узла от перегрева.
• Обслуживание: Плановое ТО включает визуальный осмотр на предмет наружных повреждений, проверку легкости управления и, при необходимости, подтяжку сальникового узла (если это предусмотрено конструкцией). Сильфонные краны не требуют обслуживания уплотнения шпинделя.
• Ресурс: Ресурс крана до капитального ремонта определяется количеством циклов (обычно несколько тысяч) и условиями эксплуатации. Признаками необходимости замены являются повышенное усилие при управлении, неполное перекрытие потока или внешние утечки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем газовый шаровой кран принципиально отличается от водяного?

Газовый кран имеет конструктивные особенности, направленные на повышенную безопасность: антистатическое исполнение (обеспечение электропроводности между деталями), пожаробезопасное исполнение (Fire Safe), часто – сильфонное уплотнение шпинделя для исключения утечки в атмосферу, материалы уплотнений, стойкие к сухим газам. Маркировка и сертификация также обязательны для работы с газообразными средами.

Можно ли использовать шаровой кран для регулирования расхода газа?

Нет, стандартные шаровые краны предназначены исключительно для запорных функций (полное открытие/закрытие). Регулирование потока в частично открытом положении приводит к быстрому износу и эрозии полимерных седел, кавитации, вибрации и, как следствие, потере герметичности. Для регулирования применяются специальные регулирующие клапаны или шаровые краны с V-образным профилем шара (для специальных задач).

Что означает аббревиатура «ППК» и «КШТФ»?

Это устаревшие, но до сих пор используемые в проектной документации обозначения:

• ППК: Пробно-спускной кран. Малый шаровой кран для отбора проб или сброса давления.
• КШТФ: Кран шаровой фланцевый. Общее обозначение, которое должно дополняться указанием материала (стальной, чугунный) и параметров (DN, PN).

Как правильно выбрать тип уплотнения шпинделя: сальниковое или сильфонное?

Сальниковое уплотнение (набивка из графита или PTFE) требует периодической подтяжки и является потенциально менее надежным источником внешней утечки. Сильфонное уплотнение – герметичная металлическая гофрированная оболочка, абсолютно исключающая утечку газа по шпинделю. Для опасных, токсичных сред, наружных установок и мест с повышенными требованиями безопасности (котельные, промышленные объекты) предпочтительны и часто обязательны краны с сильфонным уплотнением, несмотря на их более высокую стоимость.

Что делать, если кран «прикипел» и не поворачивается?

Применять чрезмерное усилие к рычагу запрещено. Это может привести к поломке шпинделя. Необходимо:
1. Обесточить участок, стравить давление.
2. Попробовать аккуратно разработать кран, поочередно пытаясь сдвинуть его с места в обе стороны.
3. Применить специальные проникающие составы (очистители) на область штока.
4. Если кран не поддается, его подлежит замене. Профилактика – периодическое (раз в полгода-год) проворачивание кранов на неработающих участках.

Каковы требования к подземной прокладке газовых шаровых кранов?

Для подземной установки применяются краны в специальном исполнении с усиленным антикоррозионным покрытием (эпоксидное, полиэтиленовое по стандартам типа ISO 21809). Узел управления (шпиндель с рычагом или редуктором) выводится в наземный колодец или удлиняется шток для доступа с поверхности. Обязательна установка на бетонное основание, исключающее просадку и нагрузки на корпус.

Заключение

Шаровой кран является ключевым, наиболее надежным и удобным типом запорной арматуры для газораспределительных систем всех уровней – от магистральных трубопроводов до внутридомовых сетей. Его правильный выбор, основанный на анализе давления, среды, материалов и стандартов, а также квалифицированный монтаж и эксплуатация в строгом соответствии с регламентами, являются обязательными условиями для обеспечения долговечности, герметичности и, что самое главное, безопасности газового хозяйства. Развитие технологий приводит к появлению новых материалов уплотнений, совершенствованию конструкций и систем дистанционного управления, что расширяет область применения и повышает надежность шаровой арматуры для газовых сред.