Краны шаровые фланцевые Ду 100

Краны шаровые фланцевые Ду 100: конструкция, применение и технические аспекты выбора

Кран шаровой фланцевый Ду 100 (условный диаметр 100 мм, соответствует DN 100 по ISO) представляет собой запорную арматуру полнопроходной или стандартнопроходной конструкции, предназначенную для установки в трубопроводные системы посредством присоединительных фланцев. Основная функция устройства — полное перекрытие или открытие потока рабочей среды, а в моделях с возможностью регулирования — дросселирование. Узел запирания выполнен в форме сферы (шара) со сквозным отверстием, который поворачивается на 90 градусов вокруг оси, перпендикулярной потоку.

Конструктивные особенности и материалы изготовления

Конструкция крана шарового фланцевого DN 100 включает несколько ключевых компонентов, от качества и исполнения которых зависит его надежность и область применения.

• Корпус: Изготавливается литьем, ковкой или штамповкой. Основные материалы — углеродистая сталь (ст. 20, ст. 25), легированная сталь (09Г2С, 12Х18Н10Т, 15Х5М), нержавеющая сталь (AISI 304, 316). Для неагрессивных сред и ограниченных бюджетов применяется чугун ВЧШГ (высокопрочный чугун с шаровидным графитом).
• Шар (затвор): Обычно изготавливается из нержавеющей стали с последующим хромированием, никелированием или покрытием из твердых износостойких материалов для снижения трения и повышения коррозионной стойкости.
• Уплотнения (седла): Критически важный элемент, обеспечивающий герметичность. Применяются полимерные материалы: PTFE (фторопласт, тефлон) для широкого диапазона сред и температур, PEEK (полиэтерэтеркетон) для высоких температур и абразивных сред, NBR (нитрильный каучук) для углеводородов.
• Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода или рукояти к шару. Выполняется из нержавеющей стали. Конструкция должна обеспечивать «антивырыв» — невозможность выхода штока из корпуса под давлением.
• Присоединительные фланцы: Соответствуют ГОСТ 33259-2015 (типы 01-05), ГОСТ 12815-80, DIN EN 1092-1, ASME B16.5. Для DN 100 распространены фланцы с исполнением уплотнительной поверхности типа «шип-паз» (RF), «выступ-впадина» (M/F). Давление (PN/Ру) определяет геометрию и количество крепежных отверстий.
• Управление: Ручное (рычаг, редукторный механизм) или автоматическое (электропривод, пневмопривод, гидропривод).

Основные технические характеристики и параметры выбора

Выбор крана шарового фланцевого Ду 100 требует анализа следующих параметров:

1. Условное давление (PN/Ру)

Определяет максимальное избыточное давление рабочей среды при температуре 20°C, при котором гарантируется длительная и безопасная работа. Для DN 100 доступны стандартные ряды.

Обозначение	Давление, бар (МПа)	Типичные стандарты	Сфера применения
PN 16 (Ру 16)	16 (1.6)	ГОСТ, DIN	Водоснабжение, отопление, неагрессивные среды.
PN 25 (Ру 25)	25 (2.5)	ГОСТ, DIN	Промышленные трубопроводы, паровые системы низкого давления.
PN 40 (Ру 40)	40 (4.0)	ГОСТ, DIN, ASME Class 300	Нефтегазовая, химическая, энергетическая промышленность.
Class 150	~20 (2.0)	ASME B16.34	Международные проекты, импортное оборудование.
Class 300	~50 (5.0)	ASME B16.34	Системы с высоким рабочим давлением.

2. Рабочая температура и среда

Диапазон рабочих температур напрямую зависит от материалов корпуса и уплотнений.

Материал уплотнений	Диапазон температур, °C	Рекомендуемые рабочие среды	Ограничения
PTFE (Фторопласт)	-40 … +200	Вода, пар, масла, нефть, газ, слабые кислоты и щелочи.	Чувствителен к абразивам, радиации.
PEEK	-70 … +300	Высокотемпературный пар, абразивные суспензии, агрессивные химикаты.	Высокая стоимость.
NBR (Нитрил-бутадиен)	-20 … +100	Природный газ, нефтепродукты, пропан-бутан, вода.	Несовместим с озоном, сильными окислителями.

Материал корпуса должен соответствовать коррозионной активности среды. Для агрессивных химических сред, морской воды, пищевой промышленности обязательна нержавеющая сталь марки AISI 316/L.

3. Тип прохода и гидравлические потери

• Полнопроходный (Full Bore, FB): Диаметр отверстия в шаре практически равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода Ду 100. Гидравлическое сопротивление минимально, что критично для магистральных линий, где недопустимы потери напора.
• Стандартнопроходный (Reduced Bore, RB): Диаметр отверстия в шаре на один типоразмер меньше условного прохода (например, ~DN 80 для крана DN 100). Создает повышенное гидравлическое сопротивление, но дешевле и легче полнопроходного. Применим там, где потери не критичны.

4. Конструкция корпуса

• Цельносварной (сварной) корпус: Максимальная надежность, нулевая вероятность внешней протечки. Применяется на ответственных объектах, для опасных сред. Неразборный, ремонту не подлежит.
• Разборный корпус (с болтовым соединением половин): Позволяет проводить техническое обслуживание, замену уплотнений и шара. Более распространен в промышленности.
• Корпус с плавающим шаром: Шар не имеет жесткой фиксации и под действием давления прижимается к седлу, обеспечивая герметичность. Конструкция проще, применяется для небольших и средних давлений (как правило, до PN 40).
• Корпус с шаром в опорах (шаровый кран с опорными цапфами): Шар жестко зафиксирован на опорных цапфах, что снижает трение и крутящий момент. Стандарт для крупных размеров (DN 100 и выше) и высоких давлений.

Области применения в энергетике и промышленности

Краны шаровые фланцевые Ду 100 являются ключевыми элементами в следующих системах:

• Теплоэнергетика: Вводы/выводы теплообменного оборудования, обвязка котлов, подключение грязевиков, дренажные линии. Применяются краны из углеродистой или легированной стали на PN 25-40, с уплотнениями из PTFE или PEEK для работы с перегретой водой и паром.
• Водоподготовка и водоснабжение: Магистральные линии подачи технической и питьевой воды, обвязка насосных станций, байпасные линии. Материалы — сталь, ВЧШГ, нержавеющая сталь (для пищевых стандартов).
• Нефтегазовая промышленность: Технологические линии с нефтепродуктами, сжиженными газами, сырой нефтью. Обязательно исполнение с антистатической защитой, пожаробезопасное исполнение (с системой отвода тепла от седел), корпусная защита от внешнего пожара (fire safe по API 607/ISO 10497).
• Химическая промышленность: Транспортировка агрессивных сред. Используются краны из нержавеющей стали AISI 316/316L или с внутренним футерованием, полнопроходное исполнение для избежания застойных зон.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж — залог долговечности арматуры.

• Выравнивание: Запрещается компенсировать несоосность трубопровода или монтажные напряжения притягиванием фланцевых болтов. Фланцы труб должны быть параллельны и соосны.
• Уплотнение фланцевого соединения: Использовать прокладки, соответствующие давлению, температуре и химическому составу среды (паронит, графитовые, PTFE, спирально-навитые). Крепеж должен быть затянут с рекомендуемым моментом крест-накрест.
• Положение при монтаже: Производитель может накладывать ограничения. Как правило, не рекомендуется монтаж крана с электроприводом штоком вниз. Следует избегать позиций, где в полости корпуса может скапливаться влага или конденсат.
• Обкатка: После монтажа и перед вводом в эксплуатацию следует несколько раз полностью открыть и закрыть кран для формирования правильного контакта шара с седлами.
• Техобслуживание: Включает периодическую проверку на герметичность, смазку шпинделя (если предусмотрена смазочная система), проверку момента срабатывания для приводных кранов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кран Ду 100 PN 16 от PN 40 визуально?

Основные отличия — толщина стенок корпуса и, как следствие, масса изделия, а также геометрия фланцев (наружный диаметр, толщина, диаметр окружности расположения отверстий, количество и диаметр отверстий под крепеж). Фланец крана PN 40 массивнее и имеет большее количество крепежных отверстий, чем у крана PN 16 для того же Ду 100.

Можно ли использовать шаровой кран Ду 100 для регулирования потока?

Стандартные шаровые краны, особенно с плавающим шаром и уплотнениями из PTFE, не предназначены для работы в частично открытом положении в качестве регулирующей арматуры. Дросселирование приводит к кавитационному износу поверхности шара, локальному перегреву и эрозии уплотнительных седел, что резко снижает срок службы и герметичность в закрытом положении. Для регулирования следует применять специальные шаровые краны с профилированным сегментом или V-образным отверстием, либо использовать другую тип арматуры (заслонки, регулирующие клапаны).

Что означает исполнение «антистатическое» и когда оно требуется?

В стандартном шаровом кране при частом открытии/закрытии в среде углеводородов из-за трения полимерных седел о шар могут накапливаться электростатические заряды, что создает риск искрообразования. В антистатическом исполнении обеспечивается электрическая непрерывность между шаром, шпинделем и корпусом (обычно за счет установки пружинных контактов), что отводит статическое электричество. Такое исполнение обязательно для работы с легковоспламеняющимися жидкостями и газами (нефтепродукты, природный газ).

Как правильно подобрать тип привода для крана Ду 100?

Выбор привода зависит от требуемого времени срабатывания, наличия источника энергии и необходимости дистанционного управления.

• Пневмопривод: Применяется при наличии сжатого воздуха, обеспечивает высокую скорость срабатывания (несколько секунд). Безопасен во взрывоопасных зонах (в специальном исполнении).
• Электропривод: Наиболее распространен для автоматизации. Требует подвода электричества. Важно согласовать крутящий момент привода (с запасом 15-25%) с паспортным моментом крана Ду 100. Для взрывоопасных зон выбирают приводы во взрывозащищенном исполнении (Ex d, Ex e).
• Ручной редуктор: Применяется при отсутствии автоматики или как резервный способ управления. Значительно снижает усилие оператора, особенно на кранах высокого давления.

Каковы основные причины протечек через шаровой кран?

1. Протечка в закрытом положении (по телу крана): Износ или повреждение уплотнительных седел (следствие абразивного износа, кавитации, химической деградации материала); повреждение поверхности шара (царапины, коррозия).
2. Протечка через уплотнение шпинделя: Износ сальникового уплотнения или уплотнительных колец; недостаточная затяжка сальникового узла (если предусмотрена регулировка).
3. Протечка во фланцевых соединениях: Неправильный монтаж, износ или несоответствие материала прокладки, неравномерная затяжка крепежа.

Заключение

Кран шаровой фланцевый Ду 100 — высокоэффективный и надежный тип запорной арматуры, выбор которого требует комплексного учета рабочих параметров (давление, температура, среда), материалов исполнения, типа конструкции и условий эксплуатации. Правильный подбор, квалифицированный монтаж и соблюдение регламента технического обслуживания обеспечивают его длительную и безотказную работу в магистральных и технологических трубопроводах энергетических, промышленных и коммунальных объектов. При выборе следует отдавать предпочтение продукции производителей, предоставляющих полный пакет технической документации и сертификатов соответствия.