Краны под приварку

Краны под приварку: конструкция, типы, применение и монтаж в электроэнергетике

Кран под приварку (также известный как вварной кран, шаровой кран под сварку) — это трубопроводная арматура, предназначенная для полного перекрытия или регулирования потока рабочей среды, монтаж которой осуществляется посредством неразъемного соединения — сварки. Данный тип присоединения обеспечивает абсолютную герметичность, высокую механическую прочность и устойчивость к вибрациям, что делает его критически важным для ответственных участков в энергетике, включая магистральные трубопроводы, тепловые сети, системы питания котлов и технологические линии электростанций.

Конструктивные особенности и материалы

Конструктивно кран под приварку состоит из корпуса, шаровой пробки (сферического затвора) с проходным отверстием, штока, седельных уплотнений и приводного механизма (рукоятки, редуктора или пневмо-/электропривода). Ключевое отличие от фланцевых или муфтовых кранов — отсутствие присоединительных элементов. Вместо них корпус имеет приварные патрубки (концы) с подготовленными кромками под сварку. Форма этих патрубков может быть различной:

Под стыковую сварку (Butt Weld): Патрубки имеют скошенные торцы (фаски) для формирования сварного шва «в стык». Это наиболее распространенный и надежный тип, обеспечивающий минимальное гидравлическое сопротивление после монтажа.
Под сварку в раструб (Socket Weld): Патрубки выполнены в виде раструба, в который вставляется труба с последующей сваркой по периметру. Применяется для труб малых диаметров (как правило, до DN50). Требует соблюдения зазора для компенсации теплового расширения.

Материалы изготовления выбираются исходя из параметров рабочей среды (вода, пар, теплоноситель, масло) и ее температуры/давления:

Корпус и шаровой затвор: Углеродистая сталь (A216 WCB), нержавеющая сталь (A351 CF8/CF8M), легированная сталь (A217 WC6/WC9). Для агрессивных сред используются сплавы на основе никеля.
Уплотнения: Фторопласт (PTFE), усиленный PTFE, терморасширенный графит (для высоких температур), металл-сальниковые комбинации.

Классификация и типы кранов под приварку

Краны под приварку классифицируются по нескольким ключевым признакам, определяющим их область применения.

1. По типу прохода и конструкции корпуса

Полнопроходные (Full Bore): Диаметр проходного отверстия в шаре равен или практически равен внутреннему диаметру присоединяемой трубы (DN). Характеризуются минимальными потерями давления, используются на магистральных линиях, где важен беспрепятственный поток.
Стандартнопроходные (Reduced Bore): Диаметр отверстия в шаре на один типоразмер меньше DN трубы. Создают некоторое гидравлическое сопротивление, но более компактны и экономичны. Применяются там, где потери давления некритичны.

2. По типу монтажа корпуса

Сварные цельносварные: Корпус неразборный, сварной. Максимальная надежность, меньший вес, но невозможность обслуживания внутренних компонентов без вырезки узла.
Сварные с разборным корпусом (сварные фланцевые): Имеют приварные патрубки, но сам корпус состоит из двух или трех частей, соединенных болтами. Позволяют проводить ревизию и замену уплотнений без демонтажа с трубопровода.

3. По типу управления

Ручные (с рычагом или маховиком): Для диаметров до DN150-200.
С редуктором: Для облегчения управления кранами больших диаметров или высокого давления.
С пневмо-, электро- или гидроприводом: Для автоматизации, дистанционного управления и интеграции в АСУ ТП электростанций.

Основные технические параметры и стандарты

Выбор крана под приварку регламентируется строгими техническими условиями и стандартами.

**Таблица 1. Ключевые параметры выбора крана под приварку**
Параметр	Обозначение	Типовые значения/стандарты	Комментарий
Условный диаметр	DN (Ду)	DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, DN50, DN65, DN80, DN100, DN125, DN150, DN200, DN250, DN300, DN350, DN400, DN500 и более	Определяет присоединительный размер к трубопроводу.
Условное давление	PN (Ру)	PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320, PN400	Максимальное избыточное давление при температуре 20°C.
Класс давления (ASME)	Class	Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500	Американский стандарт, широко применяемый в энергетике.
Температура рабочей среды	T	От -60°C до +550°C (зависит от материалов)	Критичный параметр для выбора материала корпуса и уплотнений.
Стандарты на конструкцию	—	ГОСТ 28343-89, API 6D, ASME B16.34, ISO 17292	Определяют конструктивные требования, методы испытаний.
Стандарты на присоединение	—	ГОСТ 16037-80 (сварные соединения), ASME B16.25 (подготовка кромок)	Регламентируют форму и допуски сварных концов.

Область применения в энергетике

Краны под приварку являются неотъемлемой частью следующих систем объектов энергетики:

Тепловые электростанции (ТЭС) и ТЭЦ: Трубопроводы питательной воды, магистрали пара высокого и среднего давления, линии конденсата, системы подпитки котлов. На критичных участках применяются краны из легированных сталей класса давления 600 и выше.
Атомные электростанции (АЭС): Вспомогательные системы, не относящиеся к первому контуру. Требования к материалам, качеству сварных швов и документации (сертификация 3.1 по EN 10204) максимально строгие.
Сетевые предприятия (тепловые сети): Магистральные и распределительные трубопроводы горячей воды и пара в качестве отсечной арматуры на выводах от магистрали, в камерах. Обеспечивают долговечность и герметичность в грунте.
Системы пожаротушения и маслоснабжения: Там, где недопустимы утечки и требуется высокая надежность.

Технология монтажа: ключевые этапы и требования

Качество монтажа напрямую влияет на надежность и срок службы крана. Процесс включает:

Подготовка: Проверка маркировки, паспорта крана. Зачистка сварных концов крана и торцов труб от загрязнений, окалины, краски.
Прихватка и центровка: Кран устанавливается в разрыв трубопровода с обеспечением соосности. Выставляется необходимый зазор (по ГОСТ или ASME). Выполняется предварительная прихватка в 2-4 точках.
Сварка: Выполняется квалифицированным сварщиком по утвержденной технологии (WPS). Как правило, используется ручная дуговая сварка (MMA), аргонодуговая сварка (TIG) для корневого шва или под слоем флюса. Обязательно защищать внутреннюю полость крана от брызг металла и перегрева. Шаровой затвор должен быть в открытом положении.
Контроль качества швов: Визуальный контроль (ВИК), ультразвуковой контроль (УЗК) или радиографический контроль (РК) сварных соединений в соответствии с категорией трубопровода.
Послесварочная обработка: Зачистка швов, при необходимости — термообработка для снятия остаточных напряжений.
Испытания: Проведение гидравлических испытаний смонтированного узла на прочность и плотность.

Преимущества и недостатки по сравнению с фланцевым соединением

**Таблица 2. Сравнение кранов под приварку и фланцевых кранов**
Критерий	Кран под приварку	Фланцевый кран
Герметичность	Абсолютная, неразъемное соединение.	Зависит от качества фланцев, болтового соединения и прокладки.
Надежность	Высокая, нет элементов, которые могут ослабнуть (болты).	Ниже, возможно ослабление затяжки, повреждение прокладки.
Вес и габариты	Меньше (отсутствуют фланцы).	Больше за счет фланцев и болтов.
Стоимость монтажа	Выше (требуется квалифицированный сварщик, контроль).	Ниже (болтовое соединение).
Обслуживание/демонтаж	Сложный, требует вырезки узла.	Простой, разборный.
Срок службы	Сопоставим со сроком службы трубопровода.	Может потребоваться замена прокладок, подтяжка болтов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем главное отличие крана под приварку от обычного шарового крана?

Главное отличие — тип присоединения к трубопроводу. У обычного крана — это резьба (муфта) или фланцы. У крана под приварку — гладкие патрубки с подготовленными кромками для стыковой или раструбной сварки. Это делает соединение неразъемным и более надежным.

2. Можно ли заменить фланцевый кран на вварной без изменения проекта?

Нет, это требует перерасчета узла. Длина крана (строительная длина), способ крепления и необходимость организации пространства для сварки отличаются. Замена возможна только после соответствующего пересмотра проектной документации и проведения необходимых расчетов на прочность.

3. Как правильно выбрать материал корпуса крана для трубопровода пара?

Выбор зависит от давления и температуры пара. Для насыщенного пара низкого давления (до 16 бар, ~200°C) часто достаточно углеродистой стали WCB. Для пара высоких параметров (свыше 400°C) применяются краны из легированных хромомолибденовых сталей (например, WC6, WC9), а уплотнения должны быть графитовыми. Необходимо руководствоваться нормами котлонадзора и таблицами допустимых давлений в зависимости от температуры для выбранного материала.

4. Обязательно ли проводить термообработку сварного шва после монтажа крана?

Требование о термообработке (отпуске) зависит от материала корпуса крана, толщины стенки и категории трубопровода. Для углеродистых сталей при толщине стенки свыше значений, указанных в нормативных документах (например, СНиП или ASME B31.1), термообработка обязательна для снятия остаточных напряжений. Для нержавеющих и легированных сталей требования строже. Всегда следуйте указаниям паспорта на кран и технологической карте на монтаж.

5. Что означает маркировка «BB» и «BW» на корпусе крана?

Это обозначение типа сварных концов:

BB (Beveled End): Скошенный торец под стыковую сварку.
BW (Butt Weld End): То же, что и Beveled End — торец под стыковую сварку. Термины часто используются как синонимы.
SW (Socket Weld End): Раструб под сварку.

6. Как обслуживать кран под приварку, если он неразборный?

Цельносварные краны считаются арматурой необслуживаемого типа в течение всего срока службы. Их ресурс закладывается на этапе проектирования. При выходе из строя (протечка через уплотнения, заклинивание) узел вырезается целиком и заменяется новым. Для ответственных систем, где простои недопустимы, иногда проектируют обводные линии (байпасы) или устанавливают краны с разборным корпусом на сварных концах.

Заключение

Краны под приварку представляют собой высоконадежный, герметичный тип трубопроводной арматуры, незаменимый для критичных и ответственных систем в энергетике. Их применение оправдано на трубопроводах с высокими параметрами среды, в грунте, в условиях вибрации и там, где исключена возможность утечек. Правильный выбор типоразмера, материала, класса давления, а также строгое соблюдение технологии монтажа и контроля сварных соединений являются залогом долговечной и безопасной эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла энергетического объекта.