Краны шаровые под приварку LD

Краны шаровые под приварку LD: конструкция, материалы, применение и монтаж

Кран шаровой под приварку LD представляет собой запорную арматуру, предназначенную для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводных системах. Отличительной особенностью является отсутствие фланцевого или муфтового присоединения. Монтаж осуществляется путем непосредственной стыковой сварки корпуса крана с трубопроводом. Данный тип соединения обеспечивает абсолютную герметичность, высокую прочность, исключает риск протечек через уплотнения присоединительных элементов, минимизирует габариты и массу конструкции по сравнению с фланцевыми аналогами. Маркировка «LD» указывает на конкретного производителя или серию изделий, однако в профессиональной среде термин часто используется как обобщающий для обозначения шаровых кранов под приварку общего промышленного назначения.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция шарового крана под приварку является классической для данного типа арматуры. Основными элементами являются:

• Цельносварной корпус: Изготавливается, как правило, методом литья или ковки из углеродистой, легированной или нержавеющей стали. Отсутствие разъемных соединений (фланцев) делает корпус максимально прочным и пригодным для работы в системах высокого давления.
• Запорный элемент (пробка, шар): Сферический элемент с сквозным цилиндрическим отверстием (проходом). Шар имеет высокий класс чистоты поверхности (полировка) и покрывается износостойкими материалами (часто хром) для обеспечения герметичности и снижения трения.
• Шпиндель (шток): Элемент, передающий крутящий момент от рукоятки или привода на шар. Шпиндель имеет уплотнения, предотвращающие утечку среды вдоль его оси. В конструкциях с плавающим шаром шпиндель жестко соединен с шаром, в конструкциях с шаром в опорах – обеспечивает только поворот.
• Седельные уплотнения (кольца седел): Кольца, изготовленные из полимерных материалов (PTFE, RPTFE, нейлон, PEEK, делон), которые обеспечивают плотный контакт между шаром и корпусом в закрытом положении. Материал седел выбирается исходя из температуры и химической агрессивности рабочей среды.
• Уплотнительные элементы шпинделя: Набор сальниковых колец или сильфонный узел, обеспечивающий герметичность в месте выхода шпинделя из корпуса.
• Присоединительные патрубки под сварку: Концы корпуса, подготовленные для стыковой сварки. Толщина стенки и внешний диаметр патрубков соответствуют стандартным размерам труб (по ГОСТ, DIN, ANSI).

Принцип действия основан на повороте сферического запорного элемента на 90°. В открытом положении сквозное отверстие в шаре соосно потоку, создавая минимальное гидравлическое сопротивление. При повороте на четверть оборота отверстие становится перпендикулярно потоку, и среда перекрывается.

Материалы исполнения

Выбор материала корпуса и внутренних компонентов определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, химический состав).

Таблица 1. Материалы корпусных деталей кранов

Материал	Марка стали (пример)	Температурный диапазон	Основные области применения
Углеродистая сталь	25Л, 35Л, WCB	-40°C до +425°C	Вода, пар, нефть, природный газ, инертные среды в энергетике и нефтегазовой отрасли.
Легированная сталь	20ГЛ, 09Г2С, LCB	до -60°C	Системы, работающие при низких температурах окружающей среды.
Нержавеющая сталь	12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т, CF8, CF8M	-60°C до +350°C	Агрессивные среды: кислоты, щелочи, пищевые продукты, морская вода, среды с высокими требованиями к чистоте.

Таблица 2. Материалы уплотнительных элементов

Материал седла/уплотнения	Стандартное обозначение	Макс. температура	Стойкость к средам
Фторопласт (PTFE)	PTFE, RPTFE	+200°C	Универсальная химическая стойкость. Стандартный выбор для большинства сред.
Нейлон (полиамид)	PA, Nylon	+100°C	Износостойкость, применяется для газов, масел, топлива.
Углепластик (PEEK)	PEEK	+250°C	Высокая термостойкость, прочность, стойкость к абразивам.
Металлические седла	SS, Stellited	+425°C и выше	Высокие температуры и давления, абразивные среды. Герметичность ниже, чем у полимеров.

Технические характеристики и параметры выбора

При подборе крана шарового под приварку LD необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Условный проход (DN): Определяет присоединительный размер. Стандартный ряд: DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, DN50, DN65, DN80, DN100, DN150, DN200, DN250, DN300 и более.
• Условное давление (PN): Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная работа. Стандартные ряды: PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320. Соответствие стандартам ANSI: Class 150, 300, 600, 900.
• Температура рабочей среды: Определяет выбор материалов корпуса, седел и уплотнений.
• Рабочая среда: Тип, химический состав, наличие абразивных частиц.
• Тип управления: Ручной (рычаг, редуктор) или приводной (электрический, пневматический, гидравлический).
• Конструкция шара и седел: Плавающий шар или шар в опорах. Краны с плавающим шаром применяются для небольших диаметров (до DN150-200), шар в опорах – для высоких давлений и больших диаметров, где требуется низкий крутящий момент.
• Полнота прохода: Полнопроходные (Full Bore, FB) – диаметр отверстия в шаре равен DN трубы; стандартнопроходные (Reduced Bore, RB) – диаметр отверстия меньше DN трубы (обычно на один типоразмер).

Преимущества и недостатки

Преимущества кранов под приварку:

• Абсолютная герметичность соединения с трубопроводом, отсутствие точек потенциальной протечки (фланцевые стыки).
• Высокая надежность и долговечность за счет монолитной конструкции.
• Снижение массы и габаритов системы по сравнению с фланцевым соединением.
• Устойчивость к вибрациям и механическим нагрузкам.
• Защита от внешних воздействий (отсутствие болтовых соединений, которые могут корродировать).
• Экономия на обслуживании (не требуется подтяжка фланцев, замена прокладок).
• Применимость для скрытой прокладки (в грунте, каналах, стенах).

Недостатки:

• Сложность демонтажа – требуется резка трубопровода.
• Невозможность быстрой замены арматуры без остановки и дренирования системы.
• Высокие требования к квалификации сварщика и качеству сварочных работ.
• Необходимость защиты внутренних полостей крана (седла, шар) от брызг металла и перегрева при сварке.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Краны шаровые под приварку LD нашли широкое применение в системах, требующих высокой надежности и герметичности:

• Тепловая энергетика: Вспомогательные трубопроводы питательной воды, конденсата, систем отопления, мазутного хозяйства с давлением до PN100 и температурой до 300°C.
• Атомная энергетика: Системы низкого и среднего давления, не относящиеся к первому контуру безопасности. Требуется строгое соответствие нормам и сертификация.
• Нефтегазовая промышленность: Промысловые и магистральные трубопроводы для транспортировки нефти, газа, продуктов переработки. Применяются краны в исполнении под высокое давление (PN250, PN320, Class 600, 900).
• Химическая промышленность: Трубопроводы для агрессивных сред из нержавеющей стали с химически стойкими уплотнениями.
• Магистральные трубопроводы: Транспортировка воды, пара, других сред на большие расстояния.

Монтаж и сварка: ключевые требования

Качество монтажа напрямую влияет на надежность и срок службы крана. Основные этапы и требования:

1. Подготовка: Проверить кран на отсутствие повреждений, убедиться в чистоте внутренней полости. Защитить патрубки от загрязнений.
2. Подготовка кромок: Торцы труб и патрубков крана должны быть подготовлены под стыковую сварку (скошены под определенным углом) в соответствии со стандартом (например, ГОСТ 16037-80).
3. Прихватка и центрирование: Кран выставляется в линию с трубопроводом с обеспечением соосности. Выполняется предварительная прихватка в нескольких точках.
4. Защита внутренних элементов: Обязательно необходимо защитить седла и шар от теплового и механического воздействия. Для этого используются специальные теплопоглощающие пасты или вкладыши, а также продувка инертным газом (аргоном) внутренней полости крана во время сварки.
5. Сварка: Выполняется квалифицированным сварщиком по утвержденной технологии (WPS). Применяются методы ручной дуговой сварки (MMA), аргонодуговой сварки (TIG) или полуавтоматической сварки (MIG/MAG). Шов должен быть сплошным, равномерным, без пор и подрезов.
6. Контроль качества: Визуальный контроль (ВИК), контроль проникающими веществами (ПВК), ультразвуковой контроль (УЗК) или радиографический контроль (РК) сварных швов в соответствии с требованиями проекта.
7. Испытания: После монтажа участок трубопровода с краном подвергается гидравлическим или пневматическим испытаниям на герметичность и прочность.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем кран под приварку принципиально отличается от фланцевого?

Основное отличие – тип присоединения. Фланцевый кран имеет ответные фланцы с отверстиями под болты, что позволяет его многократно устанавливать и снимать. Кран под приварку монтируется на трубопровод неразъемным соединением (сваркой), что обеспечивает более высокую герметичность и надежность, но исключает простой демонтаж.

Как правильно выбрать тип седла (уплотнения) для крана?

Выбор зависит от температуры и химического состава среды. PTFE – универсальный вариант для большинства сред до +200°C. Для более высоких температур (до +250°C) выбирают PEEK или металлические седла. Для агрессивных химических сред (кислоты, щелочи) также используют PTFE или специальные марки нержавеющей стали. Для абразивных сред предпочтительны износостойкие материалы: PEEK или металл.

Можно ли использовать кран под приварку в качестве регулирующего органа?

Нет, шаровые краны классической конструкции предназначены исключительно для запорных функций (открыто/закрыто). Частичное открытие приводит к кавитации, эрозии поверхности шара и седла, быстрому износу уплотнений и потере герметичности. Для регулирования потока применяются специальные регулирующие клапаны или шаровые краны с особой конструкцией (например, сегментные).

Как быть с обслуживанием или заменой крана, который приварен?

Демонтаж требует остановки системы, дренажа участка и вырезки крана с частью трубопровода. На его место устанавливается новый кран с использованием сварных вставок или ремонтных фланцев. Поэтому на критически важных линиях иногда предусматривают байпасные обводы или устанавливают краны под приварку только на участках, где надежность является приоритетом над простотой обслуживания.

Что означает маркировка на корпусе крана (PN40 DN100 WCB)?

Это стандартная маркировка: PN40 – номинальное (условное) давление 40 бар; DN100 – условный проход 100 мм; WCB – марка материала корпуса (углеродистая сталь литая по стандарту ASTM A216). Также на корпусе указываются направление потока (стрелка), дата изготовления, товарный знак производителя.

Требуется ли дополнительная защита крана при подземной прокладке?

Да. При подземной прокладке сварной шов и корпус крана должны быть защищены от коррозии так же, как и весь трубопровод. Применяются пассивные методы (лако-красочные покрытия, изоляционные материалы типа «термоусадка») и активные (протекторная или катодная защита).

Заключение

Краны шаровые под приварку LD являются высоконадежным решением для ответственных трубопроводных систем в энергетике, нефтегазовой и химической отраслях. Их выбор требует тщательного анализа рабочих параметров, свойств среды и условий эксплуатации. Ключевыми факторами успешного применения являются правильный подбор материалов исполнения, строгое соблюдение технологии сварки и монтажа, а также проведение необходимых контрольно-испытательных операций. Использование данной арматуры оправдано там, где приоритетом является максимальная герметичность, прочность соединения и долговечность системы в целом, даже в ущерб простоте демонтажа.