Краны шаровые фланцевые цельносварные

Краны шаровые фланцевые цельносварные: конструкция, применение и технические аспекты

Кран шаровый фланцевый цельносварной представляет собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды. Его ключевая особенность — неразборный цельносварной корпус, обеспечивающий максимальную герметичность и прочность, и фланцевое присоединение, соответствующее стандартам DIN, ANSI, ГОСТ или другим, для интеграции в трубопроводные системы. Основная сфера применения — магистральные трубопроводы, системы теплоснабжения, объекты нефтегазовой и химической промышленности, где требуются высокая надежность и долговечность в условиях повышенных давлений и агрессивных сред.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция крана базируется на нескольких ключевых элементах, собранных в монолитном корпусе.

Цельносварной корпус: Изготавливается из литых или штампованных заготовок, которые соединяются методом автоматической сварки под флюсом или в защитной среде (TIG, MIG). Это исключает возможность разборки, но полностью устраняет риск протечек через разъем корпуса, характерный для кранов с плавающими фланцами или разборных моделей. Сварные швы подвергаются 100-процентному неразрушающему контролю (рентгенография, ультразвук).
Шаровой затвор: Сферическая пробка с сквозным цилиндрическим или профилированным каналом. В открытом положении канал совпадает с осью трубопровода, обеспечивая минимальное гидравлическое сопротивление. Поворот на 90 градусов полностью перекрывает проход. Шар фиксируется в корпусе между седлами и обычно имеет плавающую или шарнирно-закрепленную (с верхней опорой) конструкцию.
Седла (уплотнительные кольца): Кольца из полимерных материалов (PTFE, RPTFE, PEEK, нейлон) или металла, расположенные между корпусом и шаром. Обеспечивают герметичность в закрытом положении. В цельносварных кранах, как правило, применяется конструкция с поджатием седел пружинами, что обеспечивает постоянное контактное давление и компенсирует износ.
Шпиндель (шток): Элемент, передающий крутящий момент от привода или рукояти на шар. Проходит через сальниковое уплотнение в крышке (горловине) корпуса. В ответственных применениях используется антивырывная конструкция, предотвращающая выбивание штока под давлением.
Фланцы: Интегральная часть корпуса, отлитая или приваренная к нему. Имеют стандартизированные геометрию, диаметры и давление (PN/Class), а также типы уплотнительных поверхностей (RF, RTJ, FF).
Привод: Устанавливается на стандартный фланец по ISO 5211. Может быть ручным (рычаг, редуктор) или автоматическим (электрический, пневматический, гидравлический).

Материалы исполнения

Выбор материалов определяется рабочей средой, давлением, температурой и коррозионной агрессивностью.

Корпус, крышка, шар: Углеродистая сталь (A216 WCB, 25Л), легированная сталь (A352 LCB, 20ГМЛ), нержавеющая сталь (A351 CF8/CF8M, 08Х18Н10Т/10Х17Н13М2Т), дуплексная сталь (A995 4A/5A). Для низких температур применяются хладостойкие марки.
Седла и уплотнения: PTFE (стандарт), RPTFE (упрочненный), PEEK (высокие температуры, износ), нейлон, делон. Для огнебезопасного исполнения (Fire Safe) — графитовые или металлические (нержавеющая сталь, инконель) комбинации.
Шпиндель: Нержавеющая сталь (A182 F6/F316) с защитными покрытиями.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Высокая герметичность класса «А» (нулевая протечка) по ГОСТ 9544-2015 или ANSI/FCI 70-2 Class VI.
Максимальная прочность и надежность за счет отсутствия разъемных соединений в корпусе.
Минимальное техническое обслуживание, так как конструкция не требует периодической подтяжки болтов корпуса.
Длительный срок службы в тяжелых условиях эксплуатации.
Полнопроходная конструкция (Full Bore) обеспечивает минимальные потери давления.
Подходят для подземной прокладки (в камерах) и других скрытых монтажей.

Недостатки:

Неремонтопригодность в полевых условиях. Замена изношенных седел или шара невозможна.
Высокая стоимость по сравнению с разборными или комбинированными моделями.
Большая строительная длина и масса.
Требовательность к качеству монтажа: необходимо точное совмещение фланцев трубопровода.

Технические характеристики и параметры выбора

При подборе крана необходимо учитывать комплекс параметров, отраженных в технической документации.

Таблица 1. Основные параметры выбора шарового фланцевого цельносварного крана

Параметр	Типовые значения / Описание	Стандарты
Условный диаметр (DN)	DN 50, 65, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600 и более	ГОСТ 28338, ISO 6708
Условное давление (PN)	PN 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 320	ГОСТ 26349, EN 1092-1
Класс давления (Class)	Class 150, 300, 600, 900	ASME B16.5, B16.47
Температурный диапазон	От -60°C до +200°C (для стандартных уплотнений PTFE). До +400°C с металлическими седлами.	Зависит от материалов
Рабочая среда	Вода, пар, нефть, нефтепродукты, природный газ, агрессивные химические среды, аммиак, СПГ	Указывается в паспорте
Тип прохода	Полнопроходный (Full Bore, FB) или стандартнопроходный (Reduced Bore, RB)	ГОСТ 28908, API 6D
Исполнение по герметичности	Класс А, Б, В, С, СС по ГОСТ 9544; Class VI, V, IV по ANSI/FCI 70-2	ГОСТ 9544, ANSI/FCI 70-2
Время срабатывания (с приводом)	Зависит от привода: от 1-2 сек (пневмо) до 30-60 сек (электропривод с редуктором)	Указывается производителем привода

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж цельносварных кранов требует строгого соблюдения процедур.

Подготовка: Проверить маркировку, паспорт, отсутствие повреждений. Убедиться в чистоте проточной части и фланцев.
Установка: Кран должен быть установлен в закрытом положении. Фланцы трубопровода должны быть параллельны и соосны. Запрещается прилагать усилия для компенсации несоосности путем натяжения болтов. Использовать прокладки, соответствующие давлению и среде.
Затяжка болтов: Производить крест-накрест динамометрическим ключом с усилием, указанным в стандартах (например, ASME PCC-1) для данного давления и типа фланца.
Обслуживание: Ограничивается периодической проверкой герметичности сальникового узла и внешним осмотром. Смазка шарниров и штока — по регламенту производителя. Ремонт в виде замены уплотнений или седел в полевых условиях не предусмотрен.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Теплоэнергетика: Вводы и выводы тепловых сетей от источника (ТЭЦ, котельная), секционирование магистральных трубопроводов горячей воды и пара высокого давления, дренажные линии.
Нефтегазовая промышленность: Линии сбора сырой нефти и газа, технологические линии установок подготовки, врезки в магистральные трубопроводы, системы пожаротушения.
Химическая промышленность: Магистрали с агрессивными средами, где критична надежность и герметичность.
Судостроение: Системы балласта, топливные магистрали.
Объекты с повышенными требованиями безопасности: АЭС (в системах, не относящихся к первому контуру), компрессорные станции.

Нормативная документация и стандарты

ГОСТ 28908-2019: Краны шаровые для трубопроводов. Общие технические условия.
ГОСТ 9544-2015: Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов.
ГОСТ Р 55018-2012 (ISO 17292:2004): Арматура трубопроводная. Краны шаровые металлические.
API 6D: Specification for Pipeline Valves.
ISO 17292: Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Metal ball valves.
EN 12516-1: Industrial valves — Shell design strength.
Технический регламент ТР ТС 032/2013: О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем цельносварной кран принципиально отличается от разборного (с плавающими фланцами)?

Цельносварной кран имеет монолитный корпус, сваренный из двух половин. Это исключает главное слабое место — разъемное соединение корпуса, которое в разборных кранах требует контроля затяжки и потенциально может дать течь. Сварной кран надежнее, но неремонтопригоден. Разборный кран можно вскрыть для замены седел или шара, но он требует периодического обслуживания болтового соединения корпуса.

Можно ли заменить седла или шар в цельносварном кране при износе?

Нет, это невозможно в полевых или стандартных ремонтных условиях. Конструкция не предусматривает разборки. При выходе из строя внутренних компонентов кран подлежит полной замене. Это компенсируется значительно более длительным сроком службы до первого отказа по сравнению с разборными моделями.

Какой тип привода предпочтительнее для кранов DN300 и более?

Для диаметров от DN300 и выше, а также для любого давления выше PN40, ручное управление (даже с редуктором) становится затруднительным. Обязательно применение автоматических приводов: электрических (многооборотных) или пневматических (поворотных). Выбор зависит от наличия источника энергии на объекте. Электроприводы позволяют более точное позиционирование и интеграцию в АСУ ТП, пневмоприводы — более взрывобезопасны и быстродействующи.

Что означает исполнение «Fire Safe» (огнебезопасное)?

Это исполнение, испытанное по стандартам (API 607, ISO 10497), которое гарантирует сохранение работоспособности и герметичности (внутренней и внешней) в течение определенного времени при воздействии открытого пламени. Достигается за счет применения металлических (графитовых) вспомогательных уплотнений, которые сохраняют функцию после выгорания основных полимерных седел, а также за счет специальной конструкции, предотвращающей протечки через шпиндель.

Как правильно хранить и подготавливать к монтажу шаровой кран?

Кран должен храниться в закрытом положении, с заглушками на фланцах, в сухом помещении. Перед монтажом необходимо: снять заглушки и проверить чистоту проточной части; убедиться, что кран закрыт; не снимать защитную пленку/покрытие с фланцев до момента стыковки; не использовать фланцы крана для принудительного выравнивания трубопровода; защитить привод от возможных ударов.

Каков типовой срок службы такого крана на магистральном трубопроводе с водой?

При соблюдении условий эксплуатации (среда, давление, температура) и корректном монтаже расчетный срок службы цельносварного шарового крана из углеродистой стали на воде может превышать 30 лет. Межремонтный период (ресурс до возможного износа седел) составляет, как правило, 10-15 тысяч циклов «открыто-закрыто» или более, в зависимости от качества уплотнительных пар.

Требуется ли специальное обслуживание антистатической цепи?

Да, в кранах, оснащенных антистатической цепью (пружина, штифт), обеспечивающей электрическую непрерывность между шаром и корпусом для отвода статического электричества, необходимо периодически проверять ее целостность при ТО, особенно для углеводородных сред. Проверка осуществляется измерением сопротивления между шпинделем и корпусом специальным прибором.

Краны шаровые фланцевые цельносварные