Краны шаровые фланцевые Ду 20: технические характеристики, конструкция и применение

Кран шаровой фланцевый Ду 20 представляет собой запорную арматуру, предназначенную для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводных системах диаметром 20 мм (DN 20). Условный проход (Ду, DN) соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода. Изделие относится к классу полнопроходных или стандартнопроходных устройств, где шаровой затвор (пробка) имеет сквозное отверстие, соосное с трубопроводом в открытом положении. Основное назначение – надежное отсечение потока, а не его регулирование.

Конструктивные особенности и материалы изготовления

Конструкция крана включает несколько ключевых компонентов, от качества и сочетания которых зависит его надежность и область применения.

• Корпус: Изготавливается методом литья, ковки или штамповки. Основные материалы: углеродистая сталь (ст. 20, ст. 25), нержавеющая сталь (AISI 304, 316, 316L), реже – легированные стали. Для агрессивных сред используются сплавы на основе никеля (хастеллой, монель).
• Шар (затвор): Полированная сфера с сквозным отверстием. Материал – чаще всего нержавеющая сталь с нанесенными покрытиями для улучшения характеристик (хромирование, никелирование).
• Уплотнения шарового затвора (седла): Кольца, обеспечивающие герметичность в закрытом положении. Материалы: фторопласт (PTFE, RPTFE), тефлон с армированием, реже – металлические уплотнения для высоких температур.
• Шпиндель (шток): Элемент, передающий крутящий момент от привода или рукояти к шару. Выполняется из нержавеющей стали, обеспечивается защитой от вырывания под давлением.
• Фланцы: Соответствуют стандартам присоединения: ГОСТ 33259-2015 (российский), DIN EN 1092-1 (европейский), ANSI/ASME B16.5 (американский). Для Ду 20 типовое исполнение – фланец с условным давлением PN16, PN25, PN40 (или Class 150, 300).
• Управление: Ручное (рычаг, редукторный механизм) или автоматическое (электропривод, пневмопривод).

Технические характеристики и параметры выбора

Выбор крана шарового фланцевого Ду 20 осуществляется на основе анализа следующих параметров.

Таблица 1. Основные технические параметры кранов шаровых фланцевых Ду 20

Параметр	Типовые значения / Исполнения	Комментарий
Условный проход (DN)	20 мм	Соответствует внутреннему диаметру присоединения.
Условное давление (PN)	16, 25, 40, 63 бар	Максимальное избыточное давление при температуре 20°C.
Рабочее давление (Рр)	Зависит от температуры и материала	С ростом температуры допустимое давление снижается.
Температура рабочей среды	От -60°C до +200°C (зависит от уплотнений)	PTFE: -20…+150°C. Армированный PTFE: до +200°C. Металлические седла: свыше +250°C.
Тип присоединения	Фланец	Стандарты: ГОСТ 33259, DIN EN 1092-1, ASME B16.5.
Проход	Полный (Full Bore, FB) или стандартный (Reduced Bore, RB)	Полнопроходные (d ≈ 20 мм) минимизируют потери давления. Стандартнопроходные (d меньше DN) компактнее и дешевле.
Материал корпуса	Углеродистая сталь, нержавеющая сталь, легированная сталь	Выбор по агрессивности среды, давлению, температуре, требованиям санитарных норм.
Рабочая среда	Вода, пар, нефтепродукты, газы, химические вещества	Определяет выбор материалов корпуса, шара и уплотнений.
Класс герметичности	«А» (без видимых протечек), «В», «С» (по ГОСТ 9544)	Класс «А» – высший, соответствует стандарту ISO 5208 Rate A.

Области применения в энергетике и промышленности

Краны шаровые фланцевые Ду 20 находят широкое применение в системах, требующих высокой надежности и герметичности.

• Теплоэнергетика: Вспомогательные линии подпитки, дренажные линии, обвязка измерительных приборов (манометров, расходомеров) в системах с водой и паром низкого давления (до PN40, t до 150-180°C).
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Трубопроводы малых диаметров для подачи реагентов, отбора проб, технологических линий с агрессивными средами (в исполнении из нержавеющей стали AISI 316L с химически стойкими уплотнениями).
• Системы пожаротушения: В качестве запорных устройств на подводящих трубопроводах спринклерных или дренчерных систем.
• Компрессорные станции: Обвязка приборов контроля, линии сжатого воздуха и технологических газов.
• Общепромышленные системы: Водоснабжение, воздухоснабжение, технологические линии с нейтральными жидкостями и газами.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами арматуры

Преимущества:

• Высокая степень герметичности (класс «А»).
• Простота конструкции, малое время срабатывания (поворот рукояти на 90°).
• Малая строительная длина по сравнению с задвижкой того же диаметра.
• Удобство монтажа и обслуживания благодаря фланцевому соединению.
• Возможность установки привода для автоматизации.
• Полнопроходные модели имеют низкое гидравлическое сопротивление.

Недостатки и ограничения:

• Не предназначены для регулирования потока (режим частичного открытия приводит к кавитационному износу седел и шара).
• Ограничение по температуре, накладываемое материалом уплотнительных седел (для полимерных – обычно не более 200°C).
• «Застаивание» шара при длительном простое в одном положении, что может осложнить последующее переключение.
• Требовательность к чистоте рабочей среды при отсутствии фильтров (абразивные частицы повреждают поверхности шара и седла).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж должен производиться в соответствии с проектной документацией и правилами безопасности. Перед установкой необходимо проверить маркировку (DN, PN, материал, направление потока), целостность изделия и чистоту внутренней полости. Монтажное положение может быть любым, за исключением случаев, оговоренных производителем (например, с электроприводом). Рекомендуется избегать положения маховиком вниз. Фланцевые соединения стягиваются болтами с равномерным усилием крест-накрест, с использованием прокладок, соответствующих рабочей среде и параметрам.

Эксплуатация допускается только в положениях «полностью открыто» или «полностью закрыто». При эксплуатации необходимо соблюдать температурно-давленные характеристики, указанные в паспорте изделия. Техническое обслуживание, как правило, заключается в периодической проверке герметичности, смазке резьбовых частей привода и подтяжке сальникового уплотнения (если оно предусмотрено конструкцией). Большинство современных кранов имеют необслуживаемую конструкцию с самоподжимными уплотнениями.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие крана шарового фланцевого Ду 20 от муфтового?

Основное отличие – тип присоединения к трубопроводу. Фланцевое соединение (ГОСТ, DIN) предназначено для разборных соединений на ответственных трубопроводах среднего и высокого давления, где требуется регулярный демонтаж для обслуживания. Муфтовое (резьбовое) соединение (внутренняя/наружная резьба) применяется для трубопроводов меньшего давления (как правило, до PN16-25) и меньшего диаметра, монтаж осуществляется путем вкручивания в резьбу трубы или фитинга.

Можно ли использовать кран шаровой фланцевый Ду 20 для регулирования расхода?

Нет, это категорически не рекомендуется. Шаровые краны являются запорной арматурой. Регулирование потока приводит к кавитационным явлениям, локальному повышению скорости среды и быстрому износу (эрозии) поверхности шара и кромок уплотнительных седел. Для регулирования расхода среды на трубопроводах Ду 20 применяются регулирующие клапаны или вентили.

Как правильно подобрать материал корпуса и уплотнений для химически активной среды?

Подбор осуществляется на основе химической стойкости материалов к конкретной среде при заданных температуре и концентрации. Для корпуса и шара оптимальна нержавеющая сталь AISI 316L. Для уплотнений – PTFE (тефлон), устойчивый к большинству агрессивных сред, или его модификации (RPTFE, PTFE с графитом). В особых случаях применяют седла из фторкаучука (FKM) или металлические уплотнения. Необходимо консультироваться с коррозионными таблицами и производителем арматуры.

Что означают обозначения «полный проход» и «стандартный проход»?

Полный проход (Full Bore, FB): Диаметр отверстия в шаре практически равен внутреннему диаметру трубопровода Ду 20 (около 20 мм). Это обеспечивает минимальные потери давления и позволяет проводить очистку трубопровода скребком. Стандартный (редуцированный) проход (Reduced Bore, RB): Диаметр отверстия в шаре меньше условного прохода (например, 15-18 мм для Ду 20). Такие краны компактнее, легче и дешевле, но создают дополнительное гидравлическое сопротивление. Выбор зависит от требований технологического процесса к потерям давления.

Какой класс герметичности следует выбирать для ответственных систем?

Для ответственных систем, включая энергетические объекты, системы с опасными средами или где недопустимы утечки, следует выбирать краны с классом герметичности «А» по ГОСТ 9544-2015 (соответствует Rate A по ISO 5208). Это гарантирует полное отсутствие видимых протечек через затвор при испытаниях. Классы «В» и «С» допускают незначительные утечки и могут применяться на менее ответственных линиях.

Требуется ли техническое обслуживание современных шаровых кранов?

Большинство промышленных шаровых кранов фланцевого типа имеют конструкцию, рассчитанную на длительный срок службы без обслуживания («long service life»). Однако рекомендуется проводить периодический внешний осмотр, проверку легкости хода привода и герметичности. В конструкциях с сальниковым уплотнением штока возможна подтяжка сальника. Смазка шарового механизма, как правило, не предусмотрена и не требуется, если иное не указано производителем.

Заключение

Кран шаровой фланцевый Ду 20 является высокоэффективным и надежным элементом запорной арматуры для трубопроводных систем малого диаметра в энергетике и промышленности. Его правильный выбор, основанный на анализе давления, температуры, химического состава среды и требований к герметичности, определяет безопасность и бесперебойность работы технологической линии. Приоритетными критериями выбора должны являться соответствие стандартам, качество материалов (особенно уплотнений), класс герметичности и репутация производителя. Строгое соблюдение правил монтажа и эксплуатации, исключение использования для регулирования потока, обеспечивает максимальный ресурс данного типа арматуры.