Краны шаровые фланцевые стальные
Краны шаровые фланцевые стальные: конструкция, стандарты, применение и подбор
Кран шаровой фланцевый стальной представляет собой запорную или запорно-регулирующую арматуру, в которой затвор выполнен в форме сферы (шара) с сквозным цилиндрическим отверстием. Управление осуществляется поворотом шара на 90° вокруг оси, перпендикулярной потоку рабочей среды. Фланцевое присоединение обеспечивает надежное, разъемное соединение с трубопроводной системой, выдерживающее высокие механические нагрузки, что делает данную арматуру ключевым элементом в промышленных магистралях.
Конструктивные особенности и материалы
Конструкция крана включает несколько базовых узлов, от качества и исполнения которых зависят его эксплуатационные характеристики.
- Корпус: Изготавливается из углеродистой (ст. 20, ст. 25), легированной (09Г2С, 12Х18Н10Т) или нержавеющей (AISI 304, 316) стали методом литья, ковки или сварки из штампованных заготовок. Кованые корпуса обладают повышенной прочностью и используются для высоких давлений.
- Шар (сферический затвор): Обычно изготавливается из стали с последующим хромированием, никелированием или покрытием износостойкими материалами (например, хром-керамика) для снижения трения и повышения коррозионной стойкости. Точность обработки поверхности шара определяет герметичность.
- Уплотнительные седла: Кольца, расположенные между шаром и корпусом, обеспечивающие герметичность в закрытом положении. Материалы: фторопласт (PTFE, RPTFE), нейлон, делон, металл. Выбор материала зависит от температуры и химической агрессивности среды.
- Шпиндель (шток): Элемент, передающий крутящий момент от привода или рукояти на шар. Для предотвращения выбивания под давлением снабжается предохранительным упором или фланцем. Уплотнение штока осуществляется сальниковыми или сильфонными узлами (для повышенных требований к герметичности).
- Присоединительные фланцы: Соответствуют стандартам ГОСТ, DIN, ANSI/ASME. Имеют отверстия под шпильки или болты. Геометрия и давление на фланцы строго регламентированы.
- Управление: Ручное (рычаг, редуктор) или автоматизированное (пневмо-, электропривод).
- Полнопроходные (Full Bore, FB): Диаметр отверстия в шаре равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода. Минимальные гидравлические потери.
- Стандартнопроходные (Reduced Bore, RB): Диаметр отверстия в шаре на один типоразмер меньше диаметра присоединительного фланца. Создают дополнительное гидравлическое сопротивление.
- Цельносварные (сварные): Неразборные, высокая надежность, для ответственных объектов.
- Разборные (с болтовым соединением частей): Позволяют проводить обслуживание и ремонт.
- С плавающим шаром: Шар не имеет жесткой связи со штоком и под давлением среды прижимается к седлу, обеспечивая герметизацию. Применяются для небольших и средних диаметров (до DN 200).
- С шаром в опорах (с фиксированным шаром): Шар имеет верхнюю и нижнюю опоры, что снимает нагрузку с седел. Седла прижимаются к шару пружинами. Используются для больших диаметров и высоких давлений.
- Тепловые электростанции (ТЭС): На трубопроводах питательной воды, пара низкого и среднего давления, системах химводоподготовки, топливном хозяйстве (мазут, газ).
- Нефтегазовая промышленность: На промысловых и магистральных трубопроводах для транспортировки нефти, газа, продуктов переработки. Используются краны классов 600-2500 с противопожарным исполнением (API 607/API 6FA).
- Химическая и нефтехимическая промышленность: Для агрессивных сред в исполнении из нержавеющих сталей или с специальными покрытиями.
- Судостроение: В системах балласта, топлива, пожаротушения морских судов.
- Коммунальное хозяйство: На центральных тепловых пунктах (ЦТП) и магистральных сетях теплоснабжения.
- Определение параметров рабочей среды: Тип (вода, пар, газ, химикат), давление (рабочее, пробное), температура (мин./макс.), агрессивность.
- Выбор материала корпуса и уплотнений: Углеродистая сталь для воды/пара/неагрессивных сред, нержавеющая сталь или сталь с покрытием для агрессивных сред. Материал седел должен соответствовать температурному диапазону.
- Определение условного диаметра (DN) и типа прохода: Полнопроходные краны – для магистралей с низким допустимым сопротивлением; стандартнопроходные – для экономии средств, где потери допустимы.
- Определение условного давления (PN или Class): Должно быть не ниже максимального рабочего давления в системе с учетом запаса.
- Выбор типа управления: Ручное для доступных и редко переключаемых линий; приводное – для автоматизированных систем или кранов больших диаметров.
- Проверка на соответствие стандартам и требованиям: Наличие сертификатов (РОСТЕСТ, сертификаты пожарной безопасности, взрывозащиты для приводов).
- Монтаж производится на прямолинейном участке трубопровода, избегая зон с повышенными механическими напряжениями.
- Фланцы трубопровода и крана должны быть совместимы по стандарту, давлению, размеру и типу уплотнительной поверхности (выступ-впадина, шип-паз и т.д.).
- Запрещается компенсировать несоосность трубопровода затяжкой фланцевых болтов крана.
- При установке необходимо обеспечить свободный доступ к органу управления (рычагу, редуктору, приводу).
- Шаровой кран в открытом или закрытом положении не является регулирующей арматурой и не должен находиться в промежуточном положении при рабочем потоке среды из-за кавитационного износа седел.
Классификация и технические параметры
По типу прохода:
По типу корпуса:
По типу монтажа седел:
Основные технические параметры (в соответствии с ГОСТ 28908-91, ГОСТ 28343-89, ISO 17292, API 6D)
| Параметр | Типовые значения / Описание |
|---|---|
| Условный диаметр (DN) | от DN 15 (½») до DN 1200 (48″) и более |
| Условное давление (PN) | PN 1.6, 2.5, 4.0, 6.3, 10.0, 16.0, 25.0, 40.0, 63.0, 100, 160, 250, 320 |
| Класс давления (Class) | Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 (по ANSI/ASME) |
| Диапазон рабочих температур | От -60°C до +200°C (зависит от материала седел: PTFE до +180°C, металлические седла до +500°C и выше) |
| Рабочая среда | Вода, пар, природный газ, нефтепродукты, масла, аммиак, агрессивные химические среды (в зависимости от материала корпуса и уплотнений) |
| Степень герметичности | Классы А, В, С по ГОСТ 9544 (соответствует утечке «нулевой», «микроутечке» и стандартной промышленной). Для газов – классы А, В. |
| Климатическое исполнение | У, УХЛ, Т по ГОСТ 15150 (для умеренного, холодного и тропического климата) |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Стальные фланцевые шаровые краны являются основным видом запорной арматуры на следующих объектах:
Критерии выбора и монтажа
Правильный подбор крана определяет безопасность и долговечность работы трубопроводной системы.
Последовательность выбора:
Особенности монтажа:
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами запорной арматуры
| Сравнительный параметр | Шаровой кран фланцевый | Задвижка фланцевая | Поворотный затвор (дисковый поворотный) |
|---|---|---|---|
| Габариты и масса | Компактнее задвижки, но массивнее поворотного затвора | Большие строительная длина и масса | Наиболее компактный и легкий |
| Герметичность | Высокая (класс А) | Высокая (клиновые, шиберные) | Хуже, чем у шарового крана (возможны протечки) |
| Гидравлическое сопротивление | Минимальное (полнопроходный) | Минимальное | Выше, чем у шарового крана |
| Скорость закрытия/открытия | Быстрое (поворот на 90°) | Медленное (многооборотный) | Быстрое (поворот на 90°) |
| Ремонтопригодность в линии | Как правило, неремонтопригоден (кроме разборных моделей) | Ремонтопригодна (замена клина, уплотнений) | Часто ремонтопригоден (замена диска, уплотнений) |
| Стоимость | Средняя-высокая | Высокая (для больших DN) | Низкая |
| Основная сфера применения | Запорная функция на ответственных магистралях с высокими требованиями к герметичности | Запорная функция на магистралях больших диаметров, где не критична скорость | Регулирующая и запорная функция на магистралях больших диаметров с низкими требованиями к герметичности |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается кран шаровой стальной от крана из нержавеющей стали?
Основное отличие – материал корпуса и внутренних компонентов. Краны из углеродистой стали (ст.20) предназначены для неагрессивных сред (вода, пар, воздух, нефть) при температурах до +425°C. Краны из нержавеющей стали (AISI 304, 316) применяются для коррозионно-активных сред (кислоты, щелочи, морская вода, пищевые продукты), а также для работы в условиях низких температур. Они имеют более высокую стойкость к коррозии и межкристаллитной коррозии, но и более высокую стоимость.
Что означает маркировка на кране, например, 11с67п?
Это условное обозначение по ГОСТ 4666-75. Расшифровка: «11» – кран шаровой, «с» – материал корпуса (сталь углеродистая), «67» – номер модели, «п» – материал уплотнений (фторопласт). Также в маркировке указывается DN, PN, направление потока, дата изготовления, товарный знак производителя.
Как часто необходимо обслуживать шаровой фланцевый кран?
Шаровые краны относятся к категории арматуры, не требующей технического обслуживания в течение всего срока службы при корректных условиях эксплуатации. Однако рекомендуется проводить периодический внешний осмотр на предмет коррозии, целостности уплотнений штока, плавность хода управления. Для кранов с редуктором или приводом обслуживание проводится согласно регламенту производителя привода. При появлении подтеканий по штоку возможна подтяжка сальникового узла (если это предусмотрено конструкцией).
Можно ли использовать шаровой кран для регулирования расхода среды?
Нет, в общем случае – не рекомендуется. Шаровые краны, особенно с фторопластовыми седлами, при частичном открытии подвержены кавитационному износу, эрозии и задирам от высокоскоростного потока среды. Это приводит к потере герметичности в закрытом положении. Для регулирования расхода следует применять специализированную регулирующую арматуру (регулирующие клапаны, шаровые краны с V-образным отверстием в шаре, специально предназначенные для регулирования).
Что такое «антистатическое устройство» в шаровом кране и когда оно нужно?
При постоянном трении шара о полимерные седла накапливается электростатический заряд. В кранах для горючих жидкостей и газов это может привести к искрообразованию и взрыву. Антистатическое устройство – это пружина или специальный контакт, обеспечивающий электрическую связь между шаром, штоком и корпусом, что позволяет стекать статическому заряду на заземленный трубопровод. Такое исполнение является обязательным для арматуры, работающей с легковоспламеняющимися средами (нефтепродукты, природный газ).
Как правильно хранить и транспортировать шаровые краны перед монтажом?
Кран должен храниться в закрытом положении. Запорные элементы (фланцы) должны быть закрыты защитными заглушками или крышками для предотвращения попадания внутрь влаги, пыли и механических частиц. Запрещается складировать краны друг на друга, хранить на открытом солнце (особенно с полимерными седлами). При транспортировке избегать ударов, которые могут повредить геометрию корпуса или поверхности шара и седел.
Что важнее при выборе: PN или Class?
Оба параметра указывают на номинальное давление, но в разных системах стандартов. PN (Pressure Nominal) – метрическая система (бар), Class – американская (фунт-сила на кв. дюйм, psi). Соответствие между ними не является линейным и прямым. Выбор зависит от стандарта, по которому спроектирован трубопровод. Для систем по ГОСТ, DIN используют PN. Для систем по ANSI/ASME – Class. Ключевое значение имеет фактическое рабочее давление и температура среды, для которых предназначен кран, что отражено в его паспорте и диаграммах давления/температуры.