Краны шаровые фланцевые стандартнопроходные

Краны шаровые фланцевые стандартнопроходные: конструкция, применение и технические аспекты

Кран шаровой фланцевый стандартнопроходной (full bore) – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды. Его ключевая конструктивная особенность – диаметр проходного отверстия в шаре и седлах соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, что минимизирует гидравлические потери и предотвращает засорение проточной части. Данные изделия являются критически важными элементами в магистральных трубопроводах, системах водоснабжения, энергетике и нефтегазовой отрасли, где требуется минимальное сопротивление потоку и возможность проведения скребков или очистных устройств.

Конструктивные особенности и основные компоненты

Конструкция крана представляет собой сборный корпус, чаще всего состоящий из двух или трех частей, соединенных болтами. Основные элементы включают:

• Корпус и крышка: Изготавливаются из углеродистой (ст.20, 25Л), легированной (09Г2С, 12Х18Н9Т) или нержавеющей стали (AISI 304, 316), чугуна (ВЧШГ, ЧШГ) или цветных сплавов (латунь, титан). Фланцы выполняются по стандартам ГОСТ 33259, ГОСТ 12815, DIN EN 1092-1, ASME B16.5 с соответствующими исполнениями уплотнительных поверхностей (RF, RTJ).
• Шар (затвор): Полированная сфера с сквозным цилиндрическим отверстием. Материал – часто сталь с хромированным, никелевым или эпоксидным покрытием для повышения коррозионной стойкости и снижения трения.
• Седла (уплотнительные кольца): Располагаются между шаром и корпусом, обеспечивая герметичность. Материал – фторопласт (PTFE, RPTFE), терморасширенный графит, нейлон, полиэтилен PEEK для агрессивных сред или высоких температур.
• Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода к шару. Оборудован системой уплотнений (сальниковых или сильфонных для ответственных применений) для предотвращения утечки среды вдоль оси.
• Привод: Ручной (рычажный или редукторный), электрический, пневматический или гидравлический.

Классификация и технические параметры

Краны классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.

По давлению (классу герметичности)

• Условное давление (PN): PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320, PN400.
• Номинальное давление (Class): Class 150, Class 300, Class 600, Class 900, Class 1500, Class 2500 по ASME.

По типу присоединения (исполнению фланцев)

• По ГОСТ: Исполнение 1-9 (например, исполнение 1 – с соединительным выступом).
• По DIN/EN: Форма B1 (с выступом), B2 (с впадиной), C (с шипом), D (с пазом), E, F, G.
• По ASME: Raised Face (RF), Ring Type Joint (RTJ), Flat Face (FF).

По материалу корпуса

• Углеродистая сталь (WCB, 25Л).
• Нержавеющая сталь (CF8, CF8M, AISI 304, 316).
• Легированная сталь (LCB, WC6, WC9).
• Чугун (GG25, GGG40).
• Ковкий чугун (A395).

Таблица 1. Соответствие условного прохода (DN) и наружного диаметра трубопровода

DN (мм)	DN (дюймы)	Наружный диаметр трубы (мм, ряд 1)	Диаметр прохода крана Full Bore (мин., мм)
50	2″	60.3	52
80	3″	88.9	78
100	4″	114.3	102
150	6″	168.3	154
200	8″	219.1	202
300	12″	323.9	303
400	16″	406.4	384

Таблица 2. Рекомендации по выбору материала уплотнительных седел

Материал седла	Температурный диапазон	Рабочая среда	Особенности
PTFE (тефлон)	-50°C до +150°C	Агрессивные химические среды, вода, пар	Низкое трение, химстойкость, не для абразивных сред
Углеродистый наполнитель + PTFE	-50°C до +180°C	Нефтепродукты, углеводороды	Повышенная износостойкость, антистатичность
PEEK (полиэтерэтеркетон)	-70°C до +300°C	Высокотемпературный пар, агрессивные среды	Высокая механическая прочность и термостойкость
Металлические седла (нерж. сталь + наплавка)	До +600°C	Высокотемпературные среды, абразивные суспензии	Высокая огнестойкость (Fire Safe), износостойкость

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Минимальное гидравлическое сопротивление (коэффициент местного сопротивления близок к 0).
• Возможность прокачки вязких сред и проведения внутритрубной диагностики (скребков, pigs).
• Высокая и быстрая герметичность (класс А по ГОСТ 9544).
• Простота управления и обслуживания.
• Длительный срок службы при правильном подборе.

Недостатки:

• Более высокая стоимость и большая строительная длина по сравнению с кранами редуцированными (reduced bore).
• Больший крутящий момент, требуемый для управления, особенно на больших диаметрах.
• Большая масса и габариты.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

• Теплоэнергетика: Магистральные трубопроводы сетевой воды, конденсатопроводы, линии подпитки котлов. Применяются краны на PN16-PN40 из углеродистой или легированной стали с седлами PEEK или металлическими.
• Нефтегазовая промышленность: Магистральные нефте- и газопроводы, технологические линии установок. Используются краны Class 150-600 с антистатической защитой, огнестойким исполнением (API 607/API 6FA) и седлами из усиленного PTFE или металла.
• Химическая промышленность: Трубопроводы с агрессивными средами. Материал корпуса – нержавеющая сталь AISI 316/316L, седла – PTFE или PEEK.
• Водоснабжение и водоотведение: Магистральные линии большого диаметра. Применяются краны из чугуна с эпоксидным покрытием (DN300-DN1000) на PN10/PN16.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж должен осуществляться с соблюдением проектного направления потока (обычно указано на корпусе). Фланцевые соединения стягиваются болтами с постепенным равномерным затягом крест-накрест. Запрещается использовать кран для регулирования потока – только для полного открытия или закрытия. Эксплуатация в промежуточном положении приводит к кавитационному износу седел и шара. Техническое обслуживание включает периодическую проверку герметичности, состояние уплотнений шпинделя и смазку подшипников шара через пресс-масленки (если предусмотрено конструкцией).

Нормативная документация и стандарты

• ГОСТ 28343-89 (ISO 7121): Краны шаровые для трубопроводов. Общие технические условия.
• ГОСТ 21345-2005: Краны шаровые, конусные и цилиндрические. Нормы герметичности.
• ГОСТ 9544-2015: Нормы герметичности затворов трубопроводной арматуры.
• API 6D: Specification for Pipeline Valves.
• API 607/API 6FA: Стандарты на огнестойкие испытания.
• DIN EN ISO 17292: Металлические шаровые краны для нефтяной, нефтехимической и смежных отраслей промышленности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается стандартнопроходной (full bore) кран от редуцированного (reduced bore)?

Стандартнопроходной кран имеет диаметр отверстия в шаре, равный или максимально близкий к внутреннему диаметру трубопровода (не менее 90% от площади сечения трубы). Редуцированный кран имеет отверстие на один типоразмер меньше (обычно 70-80% от диаметра трубы), что создает дополнительное гидравлическое сопротивление, но снижает стоимость, габариты и требуемый момент управления.

Какие существуют системы уплотнения шпинделя и в чем их разница?

• Сальниковое уплотнение: Набор графто- или фторопластовых манжет, поджимаемых накидной гайкой. Требует периодической подтяжки. Применяется в стандартных условиях.
• Сильфонное уплотнение: Гофрированный металлический сильфон, сваренный с корпусом и шпинделем. Обеспечивает абсолютную герметичность, критически важную для токсичных, радиоактивных или дорогостоящих сред. Имеет ограниченный ресурс по количеству циклов.

Что такое исполнение «антистатическое» и «огнестойкое» (Fire Safe)?

Антистатическое исполнение предусматривает установку пружины между шаром и шпинделем, обеспечивающей электрический контакт для отвода статического электричества, что исключает искрообразование. Огнестойкое исполнение подразумевает конструкцию, которая сохраняет герметичность или имеет резервное уплотнение (например, металл-по-металлу) при воздействии пламени в течение нормированного времени (обычно 30 мин) согласно испытаниям по API 607/API 6FA или ISO 10497.

Как правильно подобрать материал седла для работы с паром?

Для насыщенного пара низкого давления (до 180°C) возможно применение PTFE с углеродистым наполнителем. Для перегретого пара с температурой свыше 200°C необходимо применять седла из терморасширенного графита, PEEK или металлические. Ключевым параметром является максимальная рабочая температура, указанная производителем материала седла.

Каков порядок проведения ревизии и ремонта фланцевого шарового крана?

1. Сброс давления в линии, отключение и обесточивание привода. 2. Демонтаж привода. 3. Извлечение шпинделя и шаровой пробки (после снятия крышки или откручивания болтов корпуса). 4. Визуальный осмотр и замена изношенных седел, уплотнений шпинделя, сальников. 5. Очистка и смазка шаровой поверхности и канавок седел. 6. Сборка в обратном порядке с соблюдением моментов затяжки болтов по паспорту изделия. 7. Проведение испытаний на герметичность.

Почему не рекомендуется использовать шаровой кран для регулирования потока?

При частичном открытии высокоскоростной поток среды вызывает кавитацию и эрозионно-кавитационный износ поверхности шара и кромок седел, что приводит к быстрой потере герметичности. Кроме того, на затвор действуют значительные динамические нагрузки, которые могут привести к вибрации и разрушению элементов конструкции. Для регулирования применяются специализированные регулирующие клапаны.