Краны шаровые LD Ду20: технические характеристики, конструкция и применение в энергетике

Кран шаровой LD Ду20 представляет собой запорную арматуру полнопроходного или стандартнопроходного типа с условным диаметром (Ду) 20 мм, что соответствует наружному диаметру труб 25 мм (1 дюйм) в распространенных трубных системах. Данное изделие предназначено для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводах. В контексте энергетических объектов — ТЭЦ, АЭС, котельных, магистральных и внутриплощадочных трубопроводов — к данной арматуре предъявляются повышенные требования по надежности, герметичности, рабочему давлению и материальной совместимости.

Конструктивные особенности и материалы исполнения

Конструкция крана шарового LD Ду20 базируется на классической схеме: корпус, шаровой затвор (пробка) со сквозным отверстием, два седельных уплотнительных кольца, шпиндель (шток) и управляющий элемент (рычаг, бабочка или редуктор). Ключевым отличием арматуры для энергетики является применение материалов, рассчитанных на длительную работу в условиях высоких температур и давлений.

• Корпус: Изготавливается из углеродистой стали (например, ст. 20), нержавеющей стали (12Х18Н9Т, AISI 304, 316) или легированной стали. Для энергетических объектов часто применяются краны из стали 20, с последующим нанесением антикоррозионных покрытий. Фланцевое исполнение (например, по ГОСТ 33259-2015) является наиболее распространенным для Ду20 в магистралях, так как обеспечивает легкий монтаж/демонтаж и высокую прочность соединения.
• Шар (затвор): Обычно выполняется из нержавеющей стали с хромированием или полировкой для достижения низкого коэффициента трения и высокой коррозионной стойкости. В полнопроходных моделях (Full Bore) диаметр отверстия в шаре равен внутреннему диаметру присоединительного патрубка, что минимизирует гидравлические потери.
• Уплотнения седел: Наиболее критичный элемент, определяющий герметичность. В энергетике применяются уплотнения из терморасширенного графита, армированного графита, PTFE (фторопласта) или комбинаций (например, металл+графит). Эти материалы сохраняют эластичность и герметизирующие свойства при температурах до +450°C и выше.
• Уплотнение штока: Выполняется набором сальниковых колец из графита или PTFE, что исключает утечку среды в районе управления.
• Присоединение: Для Ду20 типичны фланцевые (ГОСТ, ASME), муфтовые (внутренняя резьба) и под приварку соединения. В энергетике преобладают фланцевые и сварные соединения для обеспечения максимальной надежности и неразъемности.

Технические параметры и характеристики

Краны шаровые LD Ду20 характеризуются рядом ключевых параметров, которые необходимо учитывать при подборе для конкретной системы.

Таблица 1. Основные технические характеристики кранов шаровых LD Ду20

Параметр	Значение / Диапазон	Примечание
Условный диаметр (Ду, DN)	20 мм	Соответствует DN20, 3/4″ или 1″ в зависимости от стандарта
Условное давление (Ру, PN)	PN16, PN25, PN40, Class 150, Class 300	Для энергетики распространены PN40 (4.0 МПа) и Class 300
Рабочая температура	От -60°C до +450°C	Зависит от материала уплотнений. Для высокотемпературных сред (+200°C и выше) — графитовые уплотнения.
Рабочая среда	Вода, пар, перегретая вода, теплоносители, масло, воздух, неагрессивные газы.	Материал корпуса и уплотнений должен быть коррозионно-совместим со средой.
Тип управления	Рычаг, рукоятка-бабочка, редуктор с червячной передачей, пневмо- или электропривод.	Для труднодоступных или автоматизированных систем используются приводные краны.
Проход	Полный (Full Bore) или стандартный (Reduced Bore)	Full Bore — для магистралей, где недопустимы потери давления; Reduced Bore — для экономии, где это допустимо.
Материал корпуса	Углеродистая сталь (Ст.20), нержавеющая сталь (AISI 304, 316), легированная сталь.	Выбор зависит от среды: пар/вода — ст.20; агрессивные среды — нержавейка.
Стандарт исполнения	ГОСТ 28343-89, ГОСТ 33259-2015, API 6D, ASME B16.34	На энергообъектах РФ часто требуется соответствие ГОСТ.

Область применения в энергетике и смежных отраслях

Краны Ду20 находят применение на различных участках энергетических объектов, где требуется надежное отключение участка трубопровода или оборудования.

• Вспомогательные линии паропроводов и трубопроводов питательной воды: Для отключения приборов КИПиА (манометры, расходомеры), дренажных и продувочных линий.
• Системы химводоподготовки (ХВО): В линиях подачи реагентов, отбора проб.
• Топливное хозяйство: На трубопроводах малого диаметра для подачи мазута, газа (в исполнении под газ).
• Системы отопления и вентиляции зданий энергообъектов: В качестве запорной арматуры на стояках и подводках.
• Масляные системы турбин и генераторов: Для отключения отдельных контуров.
• Пневматические системы управления: В качестве отсечной арматуры на линиях сжатого воздуха.

Критерии выбора и особенности монтажа

Выбор крана шарового LD Ду20 для ответственного объекта должен основываться на анализе следующих факторов:

• Параметры рабочей среды: Тип (вода, пар, масло), максимальные рабочее давление и температура, химическая агрессивность.
• Требования к герметичности: Класс герметичности по ГОСТ 9544-2015 (классы А, В, С) или по ISO 5208. Для энергетики, как правило, требуется класс А (полная герметичность).
• Режим работы: Частота циклов (открытие-закрытие). Шаровые краны — арматура преимущественно запорная, не предназначенная для регулирования потока (дросселирования) ввиду риска кавитационного износа седел и шара.
• Условия окружающей среды: Наличие вибрации, взрывоопасная зона (требуется исполнение с взрывозащищенным приводом), климатическое исполнение.

Монтаж: Установка фланцевого крана Ду20 осуществляется на ответные фланцы трубопровода с установкой прокладок (паронит, графит), соответствующих параметрам среды. Затяжка болтов должна производиться крест-накрест с моментом, указанным в паспорте арматуры. При монтаже необходимо обеспечить соосность фланцев, исключив механические напряжения в корпусе крана. Перед вводом в эксплуатацию обязательна опрессовка линии на давление, установленное регламентом.

Преимущества и ограничения

Преимущества:

• Простая и надежная конструкция с малым количеством деталей.
• Малое время и усилие для управления (поворот на 90°).
• Высокая герметичность в закрытом положении при корректном подборе уплотнений.
• Малые строительные длина и высота по сравнению с задвижками того же диаметра.
• Полнопроходные модели имеют крайне низкое гидравлическое сопротивление.

Ограничения:

• Не предназначены для регулирования расхода (исключение — специальные краны с V-образным отверстием).
• Работоспособность уплотнительных седел при высоких температурах (свыше 250-300°C) может снижаться со временем, требуя контроля и плановой замены.
• В системах с высокотемпературным паром возможна закоксовка механизма при длительном простое в одном положении, требуются периодические тренировки.
• Ограничения по максимальному диаметру для высоких давлений (для Ду20 давление может достигать 16 МПа и более в специальных исполнениях).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кран шаровой LD Ду20 PN40 от PN16?

Основное отличие — в номинальном (условном) давлении, на которое рассчитан корпус арматуры. PN40 выдерживает рабочее давление до 4.0 МПа (40 бар), PN16 — до 1.6 МПа. Соответственно, у крана PN40 толщина стенок корпуса, прочность фланцев и характеристики уплотнений будут выше. Для энергетических систем, особенно с паром, как правило, выбирают арматуру PN25 или PN40.

Можно ли использовать шаровой кран Ду20 для регулирования потпара?

Нет, это не рекомендуется. Шаровые краны стандартного исполнения являются запорной арматурой. При частичном открытии для регулировки высокоскоростной поток среды вызывает кавитацию, локальный износ шара и седельных уплотнений, что приводит к потере герметичности и преждевременному выходу крана из строя. Для регулирования следует применять регулирующие клапаны или специальные шаровые краны с характерным профилем прохода.

Какой материал уплотнений выбрать для трубопровода с перегретым паром температурой +350°С?

Для таких температур единственным надежным вариантом являются уплотнения на основе терморасширенного графита (ТРГ) или металлографитовые композиции. Уплотнения из PTFE (фторопласта) имеют верхний температурный предел около +200°C и для перегретого пара не подходят. В паспорте крана должна быть четкая маркировка о допустимой температуре для конкретного типа уплотнений.

Требуется ли техническое обслуживание шаровых кранов Ду20?

Да, даже для такой арматуры малого диаметра требуется плановое техническое обслуживание. Оно включает: визуальный контроль целостности корпуса и фланцевых соединений, проверку легкости хода и полного хода рычага (привода), а также, при необходимости, подтяжку сальникового уплотнения штока (если конструкция это предусматривает). В системах с длительным простоем рекомендуется проводить периодические тренировки (циклы открытия-закрытия).

Что означают аббревиатуры FB и RB в маркировке?

Это обозначение типа прохода: FB (Full Bore) — полнопроходный кран, где диаметр отверстия в шаре практически равен внутреннему диаметру присоединительного патрубка. RB (Reduced Bore) — стандартнопроходный (редуцированный), где диаметр отверстия в шаре меньше диаметра присоединения на одну типоразмерную ступень. Для энергетических магистралей, где важны минимальные потери давления, предпочтительны полнопроходные модели.

Как правильно ориентировать кран шаровой при монтаже на вертикальном трубопроводе?

Ориентация корпуса крана, как правило, не регламентируется, за исключением кранов с рукояткой (рычагом) или приводом. Рычаг должен в закрытом положении располагаться вдоль оси трубопровода, а его движение не должно быть ограничено соседними конструкциями. Для вертикальных трубопроводов предпочтительна установка крана так, чтобы шток был направлен вверх или горизонтально, но не вниз, чтобы избежать скопления мусора в сальниковом узле.