Двухходовые краны: конструкция, типы, применение и критерии выбора в электроэнергетике

Двухходовой кран – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия, регулирования или перенаправления потока рабочей среды (воды, пара, масла, топлива, хладагентов) в системах тепло- и хладоснабжения, топливоподачи, гидравлических контурах и других технологических линиях на объектах энергетики. Его принципиальное отличие от проходной запорной арматуры – наличие двух патрубков для присоединения к трубопроводу и возможность либо полного перекрытия потока, либо его пропускания в одном направлении. В энергетическом секторе эти устройства являются критически важными компонентами для обеспечения надежности, управляемости и безопасности технологических процессов.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основу конструкции двухходового крана составляет литой или штампованный корпус (чугунный, стальной, латунный, нержавеющий), внутри которого расположено запорное или регулирующее устройство. Управление осуществляется вручную (маховиком) или посредством приводного механизма (электрического, пневматического, гидравлического). Герметичность перекрытия обеспечивается уплотнительными элементами. В зависимости от типа запорного органа, двухходовые краны выполняют различные функции: от простого отключения участка трубопровода до точного регулирования расхода среды.

Классификация и типы двухходовых кранов

1. По типу запорного или регулирующего органа:

• Шаровые краны (пробковые): Запорный элемент имеет сферическую форму со сквозным отверстием. Поворот шара на 90° осуществляет полное открытие или закрытие прохода. Отличаются высокой герметичностью, малым гидравлическим сопротивлением в открытом состоянии, быстрым срабатыванием. Применяются преимущественно для запорных функций в системах с относительно чистыми средами (вода, масло, газ). Регулирующие возможности ограничены.
• Клапаны (вентили) двухходовые: Запорный орган (золотник, тарелка) перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока, садясь на седло. Позволяют не только перекрывать поток, но и плавно регулировать расход за изменения проходного сечения. Отличаются большим гидравлическим сопротивлением, но высокой точностью регулирования. Широко применяются в контурах регулирования теплообменников, в узлах обвязки насосов и теплофикационных установках.
• Поворотные дисковые краны (заслонки): Запорный элемент – диск, поворачивающийся вокруг оси, перпендикулярной или под углом к направлению потока. Компактны, имеют малую строительную длину, пригодны для работы с загрязненными средами и большими диаметрами. Регулировочная характеристика – нелинейная.

2. По назначению и функции:

• Запорные: Для полного отключения потока. Как правило, шаровые или клапаны в закрытом исполнении.
• Регулирующие: Для точного изменения расхода или давления среды. Оснащаются специальными профилированными плунжерами (седловыми, игольчатыми, стеллитовыми напайками) и приводом с позиционером.
• Запорно-регулирующие: Комбинированные устройства, способные выполнять обе функции.
• Балансировочные клапаны: Специальный тип двухходовых клапанов с измерительными штуцерами для гидравлической балансировки контуров, позволяющей точно настроить расход по ветвям системы.

3. По типу управления:

• Ручные (с маховиком, рычагом).
• С приводом: Электропривод (многооборотный или поворотный), пневмопривод, гидропривод.

4. По условиям эксплуатации и материалу:

• Класс герметичности (по ГОСТ 9544): От А (полная герметичность) до D (допустимы протечки). Для энергетики обычно требуются классы А, В, С.
• Рабочее давление (PN, Ру): От PN16 для низконапорных систем до PN160, PN250 и выше для магистральных трубопроводов высокого давления.
• Рабочая температура: Определяется материалом корпуса и уплотнений. Для стандартных уплотнений из EPDM, NBR – до +120…+150°C, для PTFE (фторопласт) – до +200°C, для графита – свыше +500°C.
• Материал корпуса: Углеродистая сталь (для высоких давлений и температур), нержавеющая сталь (агрессивные среды, пищевые стандарты), чугун (вода, пар низкого давления), латунь, бронза (вспомогательные системы).

Применение в электроэнергетике и на энергетических объектах

Двухходовые краны и клапаны являются неотъемлемыми элементами следующих систем:

• Системы технического водоснабжения (ТВС) и циркуляционные системы: Запорная арматура на подводящих и отводящих патрубках насосов, теплообменников, градирен. Регулирующие клапаны для поддержания расхода через охладители генераторов, трансформаторов, маслоохладители.
• Теплофикационные установки ТЭЦ и котельных: Регулирующие двухходовые клапаны в схемах подмешивания для поддержания температуры в подающем трубопроводе тепловой сети, узлах обвязки бойлеров и теплообменников. Запорные краны для изоляции секций коллекторов.
• Топливное хозяйство (мазутное, газовое): Шаровые краны на линиях подачи жидкого и газообразного топлива к горелочным устройствам котлов. Требуют исполнения во взрывозащищенном варианте.
• Системы химводоподготовки (ХВО): Краны из коррозионностойких материалов (нержавеющая сталь, латунь с покрытием) для управления потоками реагентов, кислот, щелочей.
• Системы вентиляции и кондиционирования (ОВиК): Регулирующие клапаны на трубопроводах тепло- и хладоносителя в центральных кондиционерах и воздухоохладителях машинных залов, щитовых.
• Гидравлические системы турбин и вспомогательного оборудования: Клапаны управления подачей масла в системы регулирования, уплотнения.

Критерии выбора двухходового крана для энергетических объектов

Выбор конкретного типа и исполнения арматуры осуществляется на основе технического задания и расчетов. Ключевые параметры представлены в таблице.

Основные критерии выбора двухходовой арматуры

Критерий	Параметры и варианты	Комментарии и стандарты
Условный диаметр (DN, Ду)	От DN15 (1/2″) до DN600 и более	Определяется расчетным расходом и допустимой скоростью среды (для воды 1-3 м/с, для пара 20-40 м/с).
Условное давление (PN, Ру)	PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250	Должно превышать максимальное рабочее давление в системе с запасом. Руководствуются ГОСТ 26349 и ГОСТ 356-80.
Тип присоединения	Фланцевое (ГОСТ 33259, ГОСТ 12815), муфтовое (резьбовое), приварное, цапковое.	Фланцевое – наиболее распространено в энергетике для DN≥50. Муфтовое – для вспомогательных линий малого диаметра.
Материал корпуса	Углеродистая сталь 25Л, 30Л; легированная сталь; нержавеющая сталь 12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т; чугун ВЧШГ; латунь.	Выбор по агрессивности среды, давлению, температуре. Для пара и воды высоких параметров – сталь.
Материал уплотнений	EPDM, NBR, Viton (FKM), PTFE (фторопласт), графит, металл-к-металлу.	EPDM – для горячей воды; NBR – для масел; PTFE и графит – для высоких температур и агрессивных сред.
Тип привода	Ручной, электрический (многооборотный/поворотный), пневматический, гидравлический.	Для АСУ ТП – электропривод с обратной связью и позиционером. На критичных линиях – резерв ручного управления.
Климатическое исполнение	У, УХЛ, Т по ГОСТ 15150.	Для наружной установки – исполнение с индексом «1» (У1, УХЛ1).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж двухходовых кранов должен производиться с учетом направления потока, указанного стрелкой на корпусе. Перед клапанами с электроприводом рекомендуется установка сетчатых фильтров для защиты от механических примесей. Необходимо обеспечить доступ для обслуживания, ремонта и демонтажа привода. В процессе эксплуатации обязательны периодические проверки на герметичность в закрытом положении, работа привода во всем диапазоне хода, состояние сальникового уплотнения (при его наличии). Для шаровых кранов длительное время в одном положении рекомендуется профилактический поворот шара. Техническое обслуживание включает в себя смазку подвижных частей привода, проверку электрических соединений, замену уплотнительных элементов согласно регламенту завода-изготовителя.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между двухходовым краном и трехходовым?

Двухходовой кран имеет два патрубка (вход и выход) и служит для отключения или регулирования потока в одной линии. Трехходовой кран имеет три патрубка и предназначен для смешивания двух потоков в один или разделения одного потока на два. Их функции и схемы применения fundamentally различны.

Когда следует выбирать шаровой кран, а когда регулирующий клапан?

Шаровой кран выбирают для задач полного отключения участка трубопровода (запорная функция) с минимальными потерями давления. Регулирующий двухходовой клапан выбирают для задач точного дросселирования, непрерывного регулирования расхода или давления, где требуется определенная пропускная характеристика (линейная, равнопроцентная).

Что такое Kvs крана или клапана и как его использовать?

Kvs – это коэффициент пропускной способности, численно равный расходу воды (в м³/ч) через полностью открытый кран/клапан при перепаде давления в 1 бар и температуре 20°C. Это ключевая характеристика для гидравлического расчета. Подбор осуществляется так, чтобы рабочий расход при расчетном перепаде составлял 70-90% от Kvs для обеспечения устойчивого регулирования.

Какие требования предъявляются к арматуре на пара высоких параметров?

Для пара с температурой свыше 120°C и высоким давлением применяются стальные двухходовые клапаны с сальниковым или сильфонным уплотнением штока (для исключения утечек), с уплотнениями из графита или PTFE. Корпус должен быть рассчитан на соответствующее давление (PN40 и выше). Крайне важен правильный расчет на прочность и термоциклическую стойкость.

Нужно ли устанавливать байпасную линию вокруг регулирующего клапана?

На критически важных технологических линиях, где недопустим простой даже на время ремонта арматуры, рекомендуется установка обводной линии (байпаса) с двумя запорными кранами и одним регулирующим клапаном меньшего диаметра между ними для ручного управления на период обслуживания основного клапана.

Как бороться с кавитацией на регулирующих клапанах?

Для предотвращения кавитационного разрушения при больших перепадах давления применяют специальные антикавитационные исполнения клапанов с многоступенчатым дросселированием, специальной профилировкой плунжера и седла, либо устанавливают несколько клапанов последовательно для распределения перепада.

Заключение

Двухходовые краны и клапаны, несмотря на кажущуюся простоту, являются высокотехнологичными изделиями, правильный выбор и применение которых напрямую влияют на эффективность, безопасность и бесперебойность работы энергетического оборудования. Грамотный подбор с учетом всех параметров рабочей среды, условий эксплуатации и требований системы автоматизации позволяет создать надежную и долговечную трубопроводную систему. Регулярное техническое обслуживание и диагностика этого вида арматуры являются обязательной частью регламентных работ на любом энергетическом объекте.