Краны ДУ 150 мм: технические характеристики, конструкция и применение в энергетике
Кран ДУ 150 мм (диаметр условного прохода 150 мм, что соответствует наружному диаметру трубопровода 159-168 мм) — это трубопроводная арматура, предназначенная для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды в магистралях большого диаметра. В энергетике, включая тепловые и атомные электростанции, а также магистральные тепловые сети, такие краны являются критически важными элементами запорной арматуры, от которых зависит безопасность, надежность и управляемость технологических процессов. Их основная функция — обеспечение герметичного отсечения участков трубопровода для проведения ремонтных работ, подключения резервного оборудования или регулирования контуров.
Конструктивные особенности и типы кранов ДУ 150
Краны диаметром 150 мм классифицируются по типу затвора и конструкции корпуса. Выбор конкретного типа определяется параметрами рабочей среды (вода, пар, конденсат), давлением, температурой и требованиями к гидравлическому сопротивлению.
1. Шаровые краны (ШК)
Запорный элемент — сферическая пробка (шар) со сквозным отверстием. Поворот шара на 90° осуществляет открытие или закрытие прохода. Для диаметра 150 мм это наиболее современное и предпочтительное решение для сред без абразивных включений.
- Конструкция: Полнопроходные (диаметр отверстия в шаре равен ДУ) или стандартнопроходные. Изготавливаются в сварном, фланцевом или комбинированном исполнении. Для больших диаметров обязательна установка подшипников скольжения или качения для уменьшения крутящего момента управления.
- Уплотнение: Плавающий или фиксированный шар. Уплотнения шарового крана — седловые, изготавливаются из фторопласта (PTFE), усиленного графитом, или терморасширенного графита для высоких температур.
- Привод: Ручной (через редуктор с длинной рукояткой), электрический, пневматический или гидравлический. Для ДУ 150 ручное управление требует значительных усилий, поэтому часто применяются приводы с дистанционным управлением (ДУ).
- Типы клиньев: Жесткий, упругий или двухдисковый клин. Упругий клин компенсирует возможные перекосы и температурные деформации, обеспечивая лучшее уплотнение.
- Конструкция шпинделя: С выдвижным или невыдвижным шпинделем. Для энергетики предпочтительны задвижки с выдвижным шпинделем, так как ходовая резьба вынесена из зоны рабочей среды, что повышает надежность и ремонтопригодность.
- Материалы уплотнительных поверхностей: Для паропроводов — стеллированные (наплавка стеллитом) поверхности клина и седел. Для водяных систем — латунь, бронза, нержавеющая сталь.
- Предмонтажная подготовка: Обязательная проверка паспорта, визуальный осмотр, удаление консервационной смазки, проверка хода затвора вручную. Фланцевые поверхности должны быть очищены от загрязнений и не иметь забоин.
- Установка: Кран монтируется на прямом участке трубопровода с обеспечением доступа для обслуживания и управления. Направление потока должно соответствовать стрелке на корпусе. Для задвижек с выдвижным шпинделем обязателен вертикальный монтаж шпинделя. Под весом крана ДУ 150 и приводов необходимы дополнительные опоры или подвески.
- Обвязка: При сварном присоединении необходимо контролировать температурные деформации, чтобы избежать возникновения недопустимых напряжений в корпусе крана.
- Эксплуатация: Запрещается использование дополнительных рычагов на рукоятках для закрытия/открытия. Регулярное техническое обслуживание включает проверку на герметичность, смазку подвижных частей шпинделя/привода, контроль состояния сальникового уплотнения.
- Испытания: После монтажа участок с арматурой подвергается гидравлическим испытаниям на прочность и плотность давлением, превышающим рабочее в 1.25-1.5 раза.
- Отсутствие или деградация смазки: Шаровые краны имеют полимерные седла, для плавного хода требуется специальная смазка, которая со временем вымывается или стареет.
- Попадание твердых частиц в зазор между шаром и седлом: Актуально для сред без фильтрации.
- Термическая деформация: При резком перепаде температур или несоответствии материалов корпуса и шара.
- Неправильный монтаж: Монтажные напряжения от трубопровода, передающиеся на корпус крана.
2. Задвижки (ЗК)
Затвор в виде клина, диска или листа, перемещающийся перпендикулярно потоку. Несмотря на вытеснение шаровыми кранами, задвижки ДУ 150 широко применяются в энергетике, особенно в магистралях с высокими параметрами пара.
Ключевые технические параметры и выбор
Выбор крана ДУ 150 осуществляется на основе строгих расчетов и соответствия техническим условиям (ТУ) или стандартам (ГОСТ, API, DIN).
Таблица 1. Основные параметры для выбора крана ДУ 150
| Параметр | Типичные значения/варианты для ДУ 150 | Комментарий |
|---|---|---|
| Условное давление (Ру), МПа (кгс/см²) | 1.6 (16), 2.5 (25), 4.0 (40), 6.3 (63), 10.0 (100) | Для сетевой воды — 1.6-2.5 МПа, для пара высоких параметров — 4.0-10.0 МПа и выше. |
| Рабочая температура, °C | От -60 до +565 (в зависимости от материалов) | Для углеродистых сталей до +425°C. Свыше — требуется применение легированных сталей (15Х1М1Ф, 10Х9МФБ). |
| Материал корпуса | Углеродистая сталь (25Л, 35Л), легированная сталь (20ГМЛ, 30ХМЛ), нержавеющая сталь (12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т) | Выбор по агрессивности среды и температуре. Чугун для энергетики не применяется. |
| Тип присоединения | Фланцевое (ГОСТ 33259-2015), приварное (под приварку) | Фланцы предпочтительны для обслуживания. Сварные соединения — для ответственных участков, требующих абсолютной герметичности. |
| Класс герметичности | А, В, С по ГОСТ 9544-2016 (для запорной арматуры) | Класс А — полная герметичность (0 утечек), обязателен для опасных сред. В энергетике обычно требуются классы А или В. |
| Управление | Ручное (редуктор), электрический привод (ЭП), пневмопривод | ЭП (типа МЭО, МЕФ) — для АСУ ТП. Момент и время срабатывания ЭП должны соответствовать диаметру. |
Особенности монтажа и эксплуатации в энергетических системах
Монтаж кранов ДУ 150 требует соблюдения строгих правил, регламентированных РД 153-34.1-17.415-00 и другими отраслевыми руководящими документами.
Сравнительный анализ: шаровый кран vs задвижка для ДУ 150
Таблица 2. Сравнение шарового крана и задвижки
| Критерий | Шаровый кран ДУ 150 | Задвижка ДУ 150 |
|---|---|---|
| Гидравлическое сопротивление | Минимальное (в полнопроходном исполнении) | Незначительное в открытом состоянии, но высокое в промежуточных. |
| Скорость срабатывания | Высокая (поворот на 90°) | Низкая (несколько оборотов шпинделя, большое время закрытия). | Возможность регулирования потока | Ограниченная, возможна только в специальном исполнении. | Недопустима для большинства конструкций (эрозия уплотнительных поверхностей). |
| Ремонтопригодность в условиях эксплуатации | Сложный, часто требуется замена картриджа или всего крана. | Высокая, возможна притирка клиньев, замена уплотнений шпинделя. |
| Габариты и строительная длина | Малая строительная длина, но большая высота с приводом. | Большая строительная длина, малая высота (кроме кранов с выдвижным шпинделем). |
| Основная сфера применения в энергетике | Топливоподача, водоподготовка, системы химводоочистки, трубопроводы низкого давления. | Магистральные паропроводы, питательные трубопроводы, сетевая вода, воздуховоды высокого давления. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Как правильно подобрать материал корпуса крана ДУ 150 для трубопровода с перегретым паром (Ру 4.0 МПа, t=450°C)?
Для таких параметров необходима арматура из легированной теплостойкой стали. Подходят марки сталей: 15Х1М1Ф (для корпусных деталей) или 20Х1М1Ф1ТР. Уплотнительные поверхности клина и седел должны быть стеллированы. Присоединение, как правило, приварное. Кран должен иметь сертификат соответствия и разрешение на применение в энергоустановках повышенной опасности.
2. Почему для задвижек ДУ 150 запрещено использование в качестве регулирующей арматуры?
При частичном открытии задвижки поток среды с высокой скоростью воздействует на узкую щель между седлом и клином, вызывая кавитацию, вибрацию и интенсивную эрозию уплотнительных поверхностей. Это приводит к потере герметичности в закрытом положении и быстрому выходу арматуры из строя. Регулирование должно осуществляться специализированной регулирующей арматурой (регулирующие клапаны, дисковые затворы с специальным профилем).
3. Каковы основные причины заедания или повышенного усилия при управлении шаровым краном ДУ 150?
4. Как часто и какие проверки необходимо проводить для кранов ДУ 150, находящихся в резерве или на «горячей» standby?
Арматура в резерве должна подвергаться плановому техническому обслуживанию не реже 1 раза в 6 месяцев. Проверки включают: внешний осмотр на отсутствие коррозии и повреждений, проверку хода затвора (прогонку) на 10-15% от полного хода и возврат в исходное состояние для предотвращения «прикипания», контроль состояния сальникового уплотнения, проверку работоспособности привода (для ЭП — пробное срабатывание). Результаты заносятся в журнал эксплуатации арматуры.
5. В чем преимущество сварного присоединения перед фланцевым для кранов на ответственных участках?
Сварной стык обеспечивает абсолютную, равнопрочную герметичность, исключает риск протечек через фланцевое соединение (прокладки, неравномерная затяжка болтов). Он также снижает эксплуатационные расходы на подтяжку фланцев, уменьшает общий вес конструкции и повышает надежность на весь срок службы трубопровода. Недостаток — невозможность быстрой замены без газорезных и сварочных работ.
Заключение
Краны ДУ 150 мм представляют собой высоконагруженную, ответственную арматуру, правильный выбор, монтаж и обслуживание которой напрямую влияют на безаварийную работу энергетического объекта. Современный тренд заключается в расширении применения полнопроходных шаровых кранов с электроприводами для систем с умеренными параметрами, в то время как для высокотемпературных и высокодавленных паровых трасс по-прежнему доминируют клиновые задвижки с выдвижным шпинделем и стеллированными уплотнениями. Ключом к надежной эксплуатации является строгое соблюдение нормативной документации, проведение регулярных ТО и учет всех параметров рабочей среды на этапе проектирования и закупки.