Кран шаровый с присоединением под приварку ДУ 100 мм: конструкция, применение и технические аспекты

Кран шаровый с условным проходом (ДУ) 100 мм представляет собой трубопроводную арматуру полнопроходной или стандартнопроходной конструкции, предназначенную для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды в трубопроводах номинальным диаметром 100 мм. Основное назначение – запорная функция, обеспечивающая высокую герметичность и надежность в отключенном состоянии. Управление осуществляется, как правило, вручную (рычагом или редуктором) или с помощью приводных механизмов (электрических, пневматических, гидравлических). Присоединение под приварку (под сварку) обеспечивает неразъемное, максимально надежное и герметичное соединение с трубопроводом, исключающее риск протечек по фланцевому стыку, что критически важно для ответственных участков магистралей, работающих под высоким давлением или с агрессивными средами.

Конструктивные особенности и материалы исполнения

Конструкция шарового крана ДУ 100 базируется на запирающем элементе сферической формы (шаре) с сквозным цилиндрическим отверстием. При совпадении оси отверстия с осью трубопровода кран открыт; при повороте шара на 90° отверстие оказывается перпендикулярно потоку, и проток перекрывается.

• Корпус: Изготавливается литьем, ковкой или штамповкой. Основные материалы: углеродистая сталь (ст. 20, 25Л), легированная сталь (09Г2С, 12Х18Н10Т, 15Х5М), нержавеющая сталь (AISI 304, 316). Кованые корпуса обладают повышенной прочностью и используются для высоких параметров давления.
• Шар: Обычно изготавливается из нержавеющей стали с последующим хромированием, никелированием или нанесением других износостойких покрытий для снижения трения и повышения коррозионной стойкости.
• Уплотнения шара (седла): Ключевой элемент для герметичности. Применяются полимерные материалы: PTFE (фторопласт), усиленный PTFE, нейлон, PEEK. Для высокотемпературных сред используются металлические уплотнения или комбинации металл-полимер.
• Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода к шару. Выполняется из нержавеющей стали. Конструкция должна обеспечивать антивырывную безопасность – шпиндель не может быть извлечен из корпуса под давлением.
• Уплотнение шпинделя: Сальниковый узел с набором графитовых или фторопластовых колец, обеспечивающий герметичность в месте выхода штока.
• Присоединительные концы: Подготовлены под приварку встык (butt-weld). Имеют фаску (торцевая разделка кромки) для обеспечения качества сварного шва. Требуют квалифицированного монтажа.

Основные технические характеристики и параметры выбора

Выбор крана ДУ 100 осуществляется на основе технических условий конкретной системы. Ключевые параметры представлены в таблице.

Таблица 1. Основные технические параметры шаровых кранов ДУ 100

Параметр	Типовые значения / Варианты исполнения	Комментарий
Условный проход (DN)	100 мм (иногда обозначается как DN100)	Соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода.
Условное давление (PN)	PN16, PN25, PN40, PN63, Class 150, Class 300	Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором возможна длительная работа.
Рабочая температура	От -60°C до +200°C (зависит от материалов уплотнений)	Для PTFE стандартный диапазон -20°C…+150°C. Для высоких температур – уплотнения из PEEK или металла.
Рабочая среда	Вода, пар, природный газ, нефтепродукты, аммиак, агрессивные химические среды (в соответствующем исполнении)	Материал корпуса, шара и уплотнений должен быть коррозионно-стойким к рабочей среде.
Тип управления	Рычаг, редуктор (крановый маховик), электрический привод, пневмопривод	Выбор зависит от требуемого усилия и степени автоматизации.
Проход (профиль)	Полнопроходный (Full Bore, FB) и стандартнопроходный (Reduced Bore, RB)	Полнопроходный имеет диаметр отверстия в шаре, равный ДУ, что минимизирует гидравлические потери.
Стандарт исполнения	ГОСТ 28343-89, ГОСТ 21345-2005, API 6D, ISO 17292	Определяет конструктивные требования, методы испытаний, маркировку.

Области применения в энергетике и промышленности

Шаровые краны ДУ 100 на сварном присоединении широко используются на ответственных участках, где недопустимы протечки и требуется высокая надежность соединения.

• Тепловые сети и котельные: В качестве отключающей арматуры на подающих и обратных трубопроводах тепловых сетей, в узлах ввода/вывода теплоцентралей. Рабочие среды: перегретая и насыщенная вода, пар.
• Магистральные трубопроводы: На ответвлениях, в узлах запуска и отключения участков магистралей для транспортировки газа, нефти, продуктов переработки.
• Промышленные технологические линии: В химической, нефтехимической, пищевой промышленности для переключения потоков агрессивных или высокочистых сред.
• Системы пожаротушения: В качестве основной запорной арматуры на магистральных трубопроводах спринклерных или дренчерных систем.
• Объекты атомной энергетики: В специальном исполнении, соответствующем строгим нормам радиационной и общей безопасности.

Преимущества и недостатки шаровых кранов ДУ 100 под приварку

Преимущества:

• Высокая герметичность по затвору: Класс герметичности «А» по ГОСТ 9544 (нулевая протечка).
• Надежность и долговечность соединения: Сварной стык не требует обслуживания (подтяжки болтов, как у фланцев) и не подвержен риску ослабления.
• Минимальные гидравлические потери: Особенно в полнопроходном исполнении, что снижает энергозатраты на перекачку.
• Простота и скорость управления: Поворот на 90° для полного открытия/закрытия.
• Удобство монтажа в стесненных условиях: Отсутствие фланцев экономит пространство.

Недостатки:

• Сложность демонтажа: Требуется резка трубопровода, что усложняет ремонт или замену крана.
• Высокие требования к качеству монтажных работ: Необходимость квалифицированной сварки, зачистки швов, контроля их качества (например, рентгенография).
• Ограниченное регулирование потока: Шаровые краны, как правило, используются только в качестве запорной арматуры. Регулирование ими приводит к кавитационному износу седел и шара.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж крана ДУ 100 под приварку – критически важный этап. Перед сваркой необходимо:

• Убедиться в соответствии крана проектным параметрам (давление, среда, материал).
• Проверить внутреннюю полость крана на отсутствие посторонних предметов, защитить от брызг металла и сварочного шлака.
• Зафиксировать кран в открытом положении, чтобы предотвратить тепловую деформацию и повреждение уплотнений шара.
• Обеспечить соосность трубопровода и крана без приложения усилий для компенсации несоосности.
• Соблюдать технологию сварки (тип электрода, режимы), рекомендованную производителем арматуры.
• После монтажа провести гидравлические (пневматические) испытания на прочность и плотность в соответствии с нормами.

Эксплуатация требует периодического технического обслуживания: визуальный осмотр, проверка легкости хода, состояние внешних покрытий. При использовании с приводом – контроль настроек концевых выключателей и момента.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кран ДУ 100 от крана DN 4″?

Это одно и то же. Условный проход ДУ 100 мм соответствует номинальному диаметру DN100 по международному стандарту ISO. DN 4″ (4 дюйма) – это дюймовое обозначение того же типоразмера, так как 4 дюйма ≈ 101.6 мм. В технической документации и заказе следует придерживаться одной системы обозначений, указанной в спецификации.

Можно ли использовать шаровой кран ДУ 100 для регулирования расхода?

Нет, это не рекомендуется. Шаровые краны, особенно полнопроходные, предназначены для работы в двух положениях: «открыто» и «закрыто». Работа в промежуточном положении приводит к турбулентности потока, кавитации, эрозионному износу поверхности шара и кромок седельных уплотнений. Для регулирования расхода следует применять специализированную регулирующую арматуру: клапаны, дисковые затворы с специальным профилем.

Какой материал корпуса выбрать для трубопровода с горячей водой (t=150°C)?

Для температуры 150°C подходят краны из углеродистой стали (ст. 20, 25Л) с уплотнениями из PTFE (до +150°C) или, для большей надежности, из усиленного PTFE или PEEK (до +200°C и выше). Если среда содержит агрессивные примеси или требования к чистоте высоки, следует рассмотреть нержавеющую сталь AISI 304 или 316.

Что означает «антистатическое исполнение» крана?

В шаровом кране при трении полимерных уплотнений о металл шара может накапливаться электростатический заряд, что опасно при работе с легковоспламеняющимися жидкостями и газами. В антистатическом исполнении предусмотрена специальная пружинная контактная группа, обеспечивающая постоянный электрический контакт между шаром, шпинделем и корпусом, что позволяет статическому заряду стекать на корпус и далее на заземленный трубопровод.

Как часто требуется обслуживание шарового крана ДУ 100 на сварке?

При правильном подборе под условия среды и корректном монтаже шаровые краны под приварку являются практически необслуживаемыми в течение всего межремонтного цикла трубопровода. Плановое обслуживание обычно сводится к внешнему осмотру на предмет коррозии, проверке легкости хода (если есть ручное управление) и диагностике привода (если он установлен). Ремонт, как правило, не предусмотрен – в случае износа или повреждения кран подлежит замене.

Почему для газа часто выбирают именно сварное присоединение, а не фланцевое?

Сварное соединение обеспечивает абсолютную герметичность, исключая риск утечки газа через фланцевое соединение (через прокладку или из-за ослабления болтового крепежа). Это повышает пожарную и взрывобезопасность объекта, снижает эксплуатационные риски и затраты на обслуживание (не требуется периодическая подтяжка фланцев).