Краны шаровые фланцевые полнопроходные

Краны шаровые фланцевые полнопроходные: конструкция, применение и технические аспекты выбора

Кран шаровый фланцевый полнопроходной (КШФП) представляет собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды. Его основная функция – запорная, с возможностью применения в качестве регулирующего элемента в ограниченных пределах. Конструкция основана на запирающем элементе сферической формы (пробке) с цилиндрическим сквозным отверстием, который вращается вокруг оси, перпендикулярной направлению потока. Ключевые признаки: присоединение к трубопроводу посредством фланцев по ГОСТ, ISO, DIN, ASME/ANSI и полнопроходное исполнение, при котором диаметр отверстия в шаре (проходное сечение) примерно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода.

Конструктивные особенности и материалы изготовления

Конструкция КШФП является модульной и включает несколько базовых компонентов, от качества и совместимости которых зависит надежность и ресурс арматуры.

• Корпус: Изготавливается литьем, реже – ковкой. Материалы: углеродистые стали (25Л, 30Л), легированные стали (20ГЛ, 09Г2С), нержавеющие стали (12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10, AISI 304/316), чугун (ВЧШГ, ЧШГ), реже – цветные сплавы (латунь, титан). Корпус может быть разборным (соединение фланцевое или болтовое) или неразборным (сварным).
• Шар (затвор): Основной запирающий элемент. Для обеспечения герметичности и износостойкости поверхность шара подвергается высокоточной механической обработке и часто имеет гальваническое или напыленное покрытие. Материалы: нержавеющая сталь с хромированием (твердость до 65-72 HRC), реже – твердые сплавы или керамика для абразивных сред.
• Седельные кольца (уплотнения шара): Формируют герметичную пару трения с шаром. Материалы: фторопласт (PTFE, RPTFE), усиленный углеродом, стекловолокном; терморасширенный графит; полиамид (PA), полиэтилен (UHMW-PE). Для высоких температур применяют металлические седла (нержавеющая сталь с наплавкой).
• Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода на шар. Выполняется из высокопрочной стали с защитой от вырывания под давлением. Уплотнение штока – сальниковое (графитовые, PTFE-набивки) или сильфонное (для особо ответственных сред).
• Присоединительные фланцы: Соответствуют стандартам трубопроводных фланцев. Исполнение: плоские, воротниковые, с выступом/впадиной (RF/FF). Давление и диаметр определяют геометрию фланца.
• Управление: Ручное (рычаг, редуктор) или автоматическое (электропривод, пневмопривод, гидропривод).

Принцип действия и ключевые преимущества

Принцип действия основан на повороте шара на 90° (от полного открытия до полного закрытия). В открытом положении отверстие в шаре соосно трубопроводу, создавая минимальное гидравлическое сопротивление. В закрытом – шар развернут глухой стороной к потоку, а седельные кольца, прижатые давлением среды, обеспечивают герметичность.

Преимущества полнопроходных фланцевых кранов:

• Минимальные потери давления (гидравлическое сопротивление близко к прямому участку трубы).
• Высокая герметичность по классам А (полная) или В (нормальная) по ГОСТ 9544-2016.
• Быстрое открытие/закрытие (1/4 оборота).
• Простота конструкции, удобство монтажа и обслуживания.
• Двунаправленная подача среды.
• Широкий диапазон рабочих параметров (давление, температура, среда).
• Длительный срок службы при правильной эксплуатации.

Области применения в энергетике и промышленности

КШФП применяются на технологических трубопроводах, где требуется надежное отключение участка или оборудования без существенного влияния на гидравлику системы.

• Теплоэнергетика: Вспомогательные линии питательной воды, дренажные линии, системы химводоподготовки, обвязка теплообменного оборудования.
• Нефтегазовая промышленность: Технологические линии транспорта нефти, газа, конденсата; обвязка резервуаров, насосов и компрессоров.
• Химическая промышленность: Трубопроводы с агрессивными средами (с применением коррозионно-стойких материалов и уплотнений).
• Коммунальное хозяйство: Магистральные и распределительные сети теплоснабжения, водоснабжения.
• Судостроение: Системы балластные, топливные, противопожарные.

Технические характеристики и критерии выбора

Выбор КШФП осуществляется на основе анализа параметров рабочей среды и условий эксплуатации.

Таблица 1. Основные параметры выбора крана шарового фланцевого полнопроходного

Параметр	Типовые значения/варианты	Комментарии
Условный диаметр (DN)	DN 15 (½») – DN 1200 (48″) и более	Наиболее распространенный ряд: DN 50, 80, 100, 150, 200, 300.
Условное давление (PN)	PN 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 320	Соответствует классу давления по ANSI: 150, 300, 600, 900, 1500.
Рабочая температура	От -60°C до +450°C и выше	Зависит от материалов корпуса, уплотнений и смазки.
Рабочая среда	Вода, пар, нефть, газ, химические реагенты, масла	Определяет выбор материалов (корпус, шар, седла).
Класс герметичности	А, В, С, D по ГОСТ 9544 (ISO 5208: Class A, D, E, F, G)	Класс А – «нулевая» утечка, для опасных сред.
Материал корпуса	Углеродистая сталь, нержавеющая сталь, чугун ВЧШГ	Выбор по давлению, температуре, коррозионной активности.
Материал уплотнений	PTFE, RPTFE, NBR, EPDM, графит, металл	Определяет стойкость к температуре и химической среде.
Тип управления	Рычаг, редуктор, электропривод, пневмопривод	Выбор по частоте использования и требованию к автоматизации.

Нормативная документация и стандарты

Производство и испытания КШФП регламентируются национальными и международными стандартами:

• ГОСТ 28908-2018 (ISO 17292:2015): Краны шаровые для нефтяной, нефтехимической и смежных отраслей промышленности. Общие технические условия.
• ГОСТ 28343-2018 (ISO 7121:2016): Краны шаровые стальные для общего применения.
• ГОСТ 9544-2016: Нормы герметичности затворов трубопроводной арматуры.
• API 6D, API 608: Стандарты для нефтегазовой отрасли.
• ISO 5211: Стандарт на присоединительные размеры приводов.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж критичен для долговечности крана. Перед установкой необходимо проверить чистоту полости и уплотнений, отсутствие повреждений фланцев. Монтаж производится на прямолинейном участке трубопровода с обеспечением соосности фланцев без принудительной стяжки. Затяжка болтов должна выполняться крест-накрест с моментом, указанным в паспорте. При эксплуатации недопустимо использование крана в качестве регулирующего в частично открытом положении под высоким перепадом давления – это приводит к кавитационному износу седел и шара. Техническое обслуживание включает периодическую проверку герметичности, работу привода и, при необходимости, замену уплотнительных элементов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем полнопроходной кран отличается от стандартного (редуцированного)?

Полнопроходной (Full Bore, FB) кран имеет диаметр отверстия в шаре, равный или очень близкий к внутреннему диаметру трубопровода (условному проходу DN). У стандартного (редуцированного, Reduced Bore, RB) кран диаметр отверстия на один или несколько типоразмеров меньше DN (например, DN100 с отверстием ~80 мм). Это создает дополнительное гидравлическое сопротивление, но снижает стоимость и крутящий момент.

Какой класс герметичности выбрать для пара или газа?

Для газообразных сред, включая пар, а также для опасных жидкостей рекомендуется выбирать краны с классом герметичности А (высший) по ГОСТ 9544 (соответствует «нулевой» утечке по международным стандартам). Это обеспечивается прецизионной обработкой шара и седел, а также специальными конструктивными решениями (например, пружинной нагрузкой на седла).

Можно ли использовать фланцевый шаровой кран для регулирования расхода?

Конструктивно шаровые краны являются запорной арматурой. Их использование для регулирования расхода (в промежуточных положениях) допустимо только в ограниченных случаях, оговоренных производителем, при небольших перепадах давления и для неабразивных сред. Длительная работа в таком режиме приводит к эрозионно-кавитационному износу уплотнительных поверхностей шара и седел, потере герметичности.

Что означает «антистатическое исполнение» крана?

В стандартном кране вращающийся шар из полированного металла может электрически изолироваться от корпуса и штока из-за наличия неметаллических уплотнений. Это приводит к накоплению статического электричества, что опасно при работе с горючими средами. В антистатическом исполнении предусмотрена специальная пружина или контакт, обеспечивающий электрическую непрерывность между шаром, штоком и корпусом для отвода статического заряда.

Как правильно подобрать материал уплотнений седел?

Выбор зависит от температуры и химического состава рабочей среды. PTFE (фторопласт-4): универсален для большинства сред, температура до 200°C. RPTFE (усиленный): более износостойкий. Графит: для высоких температур (до 450°C и выше). EPDM, NBR: для воды, пара низкого давления, некоторых нефтепродуктов при умеренных температурах. Металлические седла (сталь+наплавка): для высоких температур и абразивных сред, но с меньшей герметичностью.

Заключение

Кран шаровой фланцевый полнопроходной – высокоэффективный и надежный тип запорной арматуры, ставший стандартом для магистральных и критичных технологических линий. Его правильный выбор, основанный на комплексном анализе рабочих параметров, стандартов присоединения, материалов и класса герметичности, является ключевым условием для обеспечения безопасности, энергоэффективности и бесперебойности работы трубопроводных систем в энергетике и промышленности. Регулярное техническое обслуживание в соответствии с регламентом производителя позволяет реализовать полный ресурс изделия, исчисляемый десятками тысяч циклов.