Краны фланцевые полнопроходные

Краны фланцевые полнопроходные: конструкция, применение и технические аспекты выбора

Кран фланцевый полнопроходной представляет собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды. Ключевая особенность конструкции — диаметр проходного отверстия в шаровом затворе (пробке) соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, что минимизирует гидравлические потери и исключает зоны застоя среды. Управление осуществляется поворотом сферического затвора на 90 градусов. Присоединение к трубопроводу осуществляется посредством фланцев по стандартам ГОСТ, DIN, ANSI, что обеспечивает высокую герметичность и удобство монтажа/демонтажа.

Конструктивные особенности и материалы изготовления

Конструкция крана включает несколько базовых компонентов, от качества и исполнения которых зависят его эксплуатационные характеристики.

• Корпус: Изготавливается литьем или штамповкой из углеродистых, легированных сталей (20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, A216 WCB, A351 CF8), чугуна (ВЧШГ, ЧШГ), латуни, титана, специальных сплавов. Может быть цельнолитым или разборным (соединение частей болтами).
• Шаровой затвор (пробка): Сферическая деталь с сквозным цилиндрическим каналом. Поверхность шара подвергается высокоточной обработке и часто покрывается износостойкими материалами (хромирование, никелирование) для обеспечения герметичности.
• Уплотнительные седла: Кольца, расположенные между корпусом и шаром. Изготавливаются из полимерных материалов (PTFE, RPTFE, Nylon, DEVLON), металлокомпозитов или износостойких металлов. Обеспечивают герметичность в закрытом положении.
• Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода к шаровому затвору. Герметично вводится в корпус через сальниковое уплотнение или сильфонный узел. Должен обладать высокой механической прочностью.
• Присоединительные фланцы: Соответствуют стандартам трубопроводных фланцев. Исполнение уплотнительной поверхности (тип «шип-паз», «выступ-впадина», гладкая) должно соответствовать фланцам трубопровода.
• Управление: Ручное (рычаг, маховик редукторный), пневмо- или электроприводное.

Классификация и технические параметры

Краны классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.

По типу корпуса и проходу:

• Полнопроходные (Full Bore): Диаметр прохода в шаре равен номинальному диаметру (DN) крана и внутреннему диаметру трубопровода. Потери давления минимальны.

Неполнопроходные (Reduced Bore): Диаметр прохода в шаре меньше DN крана, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление.

По способу монтажа седел:

• С плавающим шаром: Шар не имеет жесткой фиксации и поджимается давлением среды к седлам. Применяется для небольших диаметров и давлений.
• С шаром в опорах (фиксированным шаром): Шар закреплен на оси и вращается в опорных подшипниках. Седла поджимаются пружинами. Характерно для высоких давлений и больших диаметров.

По типу уплотнения шпинделя:

• С сальниковым уплотнением (набор колец).
• С сильфонным узлом (для агрессивных и опасных сред).

Основные технические характеристики

Выбор крана осуществляется на основе следующих параметров:

• Условный диаметр (DN, Ду): От DN 15 до DN 1200 и более.
• Условное давление (PN, Ру): Стандартный ряд: PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250. Соответствие классов давления ANSI: Class 150, 300, 600, 900.
• Рабочая среда: Вода, пар, нефтепродукты, природный газ, химические вещества, агрессивные жидкости и газы.
• Температура рабочей среды: Зависит от материалов седел и уплотнений. Для PTFE: от -40°C до +200°C. Для металлических седел — до +500°C и выше.
• Климатическое исполнение: Для работы на открытом воздухе, в помещениях, в агрессивной атмосфере.

Области применения в энергетике и промышленности

Полнопроходные фланцевые краны являются критически важной арматурой на следующих объектах:

• Тепловые и атомные электростанции: В системах технического водоснабжения, паровых трактах, системах химводоочистки, топливоподачи. Требования: высокая надежность, стойкость к эрозии и кавитации.

Магистральные трубопроводы: Для транспортировки нефти, газа, продуктов переработки. Используются краны с подземным и надземным исполнением, антикоррозионным покрытием, системой антистатической безопасности.

• Химическая и нефтехимическая промышленность: В технологических линиях с агрессивными средами. Применяются краны из нержавеющих сталей и сплавов с сильфонным уплотнением.
• Системы пожаротушения: В качестве запорных устройств на магистральных трубопроводах спринклерных и дренчерных систем. Обязательное требование — постоянная готовность и минимальное гидравлическое сопротивление.
• Судостроение: В системах балластировки, топливных, масляных системах.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Минимальное гидравлическое сопротивление в открытом положении.
• Высокая скорость и простота управления (1/4 оборота).
• Хорошая герметичность (класс А по ГОСТ 9544).
• Длительный срок службы при правильной эксплуатации.
• Возможность установки привода для автоматизации.
• Универсальность по отношению к средам (при правильном подборе материалов).

Недостатки:

• Относительно высокая стоимость, особенно больших диаметров и исполнений из коррозионностойких материалов.
• Сложность ремонта в полевых условиях, особенно кранов с фиксированным шаром.
• Ограничения по температуре, накладываемые материалом седел.
• При длительном нахождении в одном положении возможен «прикип» седла к шару.

Критерии выбора и монтажа

Выбор крана должен основываться на техническом задании и расчетных данных системы.

Таблица 1. Рекомендации по выбору материала в зависимости от рабочей среды

Рабочая среда	Рекомендуемый материал корпуса	Рекомендуемый материал седел/уплотнений	Особые требования
Вода, пар (до 200°C)	Углеродистая сталь (WCB), чугун ВЧШГ	PTFE, RPTFE	Для пара — полнопроходное исполнение обязательно
Природный газ, нефть	Углеродистая сталь с антикоррозионным покрытием	PTFE, Nylon, металлокомпозит	Обязательное наличие антистатической защиты, пожаробезопасное исполнение (Fire Safe)
Агрессивные химические среды (кислоты, щелочи)	Нержавеющая сталь (CF8, CF8M), сплавы (Hastelloy, Monel)	PTFE, PTFE с наполнителем, DEVLON	Сильфонное уплотнение шпинделя, полнопроход для избежания застойных зон
Высокотемпературный пар, теплоноситель (>300°C)	Легированная сталь (WC6, WC9), нержавеющая сталь	Металл-на-металл, графит	Кран с фиксированным шаром в опорах, возможно обогреваемое исполнение

Ключевые этапы монтажа:

• Проверка соответствия крана и фланцев трубопровода по стандарту, давлению, диаметру и исполнению уплотнительных поверхностей.
• Обеспечение соосности фланцев трубопровода без приложения усилий для компенсации несоосности краном.
• Установка прокладок, соответствующих рабочей среде и параметрам.
• Равномерная затяжка болтов крест-накрест динамометрическим ключом с усилием, указанным в паспорте крана.
• Проверка свободного хода шара (рукояти) до подачи среды. Монтаж привода только после проверки.
• Для подземной установки обязательна камера или колодец, а также антикоррозионная защита корпуса.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Правильная эксплуатация увеличивает межремонтный интервал. Основные правила:

• Кран должен работать только в положениях «полностью открыт» или «полностью закрыт». Использование для регулирования потока приводит к кавитационному износу седел и шара.
• Периодичность технического обслуживания устанавливается производителем и зависит от условий работы (рекомендуется не реже 1 раза в год).
• Обслуживание включает: проверку герметичности, состояние наружного покрытия, легкость хода, работу привода (если установлен), смазку шпинделя (если предусмотрена).
• При появлении течи по шпинделю в кранах с сальниковым уплотнением возможна подтяжка сальниковой гайки (в пределах, указанных в документации).
• Ремонт (замена седел, уплотнений, шара) требует специального инструмента и, как правило, должен производиться на специализированных предприятиях или силами обученного персонала.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается полнопроходной кран от неполнопроходного (стандартнопроходного)?

Полнопроходной кран имеет диаметр отверстия в шаре, равный внутреннему диаметру трубопровода (DN). У неполнопроходного диаметр отверстия меньше, обычно на один типоразмер (например, у крана DN100 проход в шаре может быть около 80 мм). Полнопроходные обеспечивают минимальные потери давления и используются на магистральных линиях, неполнопроходные — на вспомогательных, где потери не критичны, а стоимость ниже.

Что означает обозначение «PN16» или «Class 150»?

PN (Pressure Nominal) — номинальное давление, условная величина, обозначающая максимальное избыточное давление воды при температуре 20°C, при котором возможна длительная работа. PN16 = 16 бар. Класс давления ANSI (Class) — американский стандарт, указывающий на допустимое давление и температуру. Соответствие приблизительное: PN20 соответствует Class 150, PN50 — Class 300. Точные значения необходимо смотреть в таблицах соответствия стандартов.

Какой материал седла выбрать для горячей воды (110-130°C)?

Для температур до 130°C подходят седла из усиленного PTFE (RPTFE) или PTFE с углеродным наполнителем. Для более стабильной работы и долгого срока службы при циклических нагрузках можно рассмотреть седла из PEEK (полиэфирэфиркетон), который сохраняет свойства до 250°C.

Нужно ли смазывать шаровой кран в процессе эксплуатации?

Современные шаровые краны, как правило, не требуют регулярной смазки в процессе эксплуатации. Они имеют самосмазывающиеся седла из полимерных материалов. Однако некоторые модели, особенно больших диаметров, могут иметь пресс-масленки для периодической подачи консистентной смазки в зону контакта шар-седло для уменьшения момента поворота и профилактики заеданий. Необходимость и тип смазки строго регламентированы производителем.

Что такое исполнение «Fire Safe» (пожаробезопасное)?

Это исполнение, сертифицированное по стандартам (API 607, ISO 10497), которое гарантирует сохранение герметичности в условиях пожара. При выгорании полимерных седел металлические элементы конструкции (вспомогательные металлические седла, специальные упоры) обеспечивают хотя бы частичное перекрытие потока, предотвращая распространение огня по трубопроводу. Обязательны для нефтегазовой и химической промышленности.

Почему кран нельзя использовать для регулирования потока?

При частичном открытии высокоскоростной поток среды вызывает кавитацию и эрозию поверхности шара в зоне, не защищенной седлом. Частицы разрушенного материала повреждают уплотнительные поверхности седел, что приводит к потере герметичности. Кроме того, турбулентный поток создает вибрации, разрушающие конструкцию. Для регулирования применяется специальная регулирующая арматура (заслонки, клапаны).

Как правильно хранить и консервировать кран до монтажа?

Кран должен храниться в закрытом помещении, в оригинальной упаковке, с заглушками на фланцах. Запрещается хранить его в открытом положении — седла должны быть защищены шаром от деформации и воздействия окружающей среды. При длительном хранении (более 6 месяцев) необходимо выполнить консервацию согласно инструкции производителя (часто включает покрытие внутренних полостей ингибитором коррозии).

Заключение

Кран фланцевый полнопроходной является высокоэффективным и надежным видом запорной арматуры для магистральных и критически важных участков трубопроводных систем. Его правильный выбор, основанный на анализе рабочих параметров, свойств среды и условий эксплуатации, определяет безаварийную работу всего технологического контура. Монтаж и обслуживание должны выполняться в строгом соответствии с технической документацией. Учет таких особенностей, как необходимость пожаробезопасного исполнения, антистатической защиты или сильфонного уплотнения, позволяет оптимизировать капитальные затраты и обеспечить долгосрочную эксплуатационную надежность в энергетике и промышленности.