Краны шаровые под приварку

Краны шаровые под приварку: конструкция, материалы, применение и монтаж

Кран шаровой под приварку (КШП) — это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или регулирования потока рабочей среды в трубопроводах путем поворота сферического запорного элемента (пробки) вокруг своей оси. Отличительной особенностью является отсутствие фланцевого или муфтового присоединения. Монтаж осуществляется путем непосредственной приварки корпуса крана к трубопроводу, что обеспечивает абсолютную герметичность соединения, высокую прочность и надежность, исключая риск протечек через уплотнения присоединительных патрубков.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основными элементами крана шарового под приварку являются:

Корпус: Изготавливается цельнолитым, реже — сварным. Материал корпуса определяет область применения крана (углеродистая, легированная, нержавеющая сталь, титан). Присоединительные патрубки имеют подготовленные под сварку торцы (скошенные кромки).
Шар (сферическая пробка): Запорный элемент, имеющий сквозное цилиндрическое отверстие, диаметр которого определяет проходную характеристику крана (полнопроходный или стандартнопроходный). Шар вращается на опорных подшипниках (чаще всего из фторопласта).
Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода или рукояти к шару. Соединение шпинделя с шаром может быть плавающим или жестким (для больших диаметров и давлений). Герметичность ввода шпинделя обеспечивается набором уплотнительных колец (сальников).
Уплотнительные седла: Кольца, расположенные между шаром и корпусом, обеспечивающие герметичность в закрытом положении. Изготавливаются из полимерных материалов (PTFE, RPTFE, PEEK, нейлон) или металла (для высоких температур и агрессивных сред).
Привод: Устройство для управления краном. Может быть ручным (рычаг, редукторная рукоять), электрическим, пневматическим или гидравлическим.

Принцип работы основан на повороте шара на 90° (от полного открытия до полного закрытия). В открытом положении отверстие в шаре совпадает с осью трубопровода, обеспечивая минимальное гидравлическое сопротивление. В закрытом положении сплошная сторона шара перекрывает поток, а уплотнительные седла, прижатые давлением среды или пружинами, гарантируют герметичность.

Классификация и технические параметры

Краны шаровые под приварку классифицируются по ряду ключевых параметров.

По проходному диаметру (условному проходу Dy или DN)

Стандартный ряд диаметров: от DN 10 (10 мм) до DN 1200 (1200 мм) и более. Для энергетики наиболее востребованы диаметры от DN 50 до DN 500.

По рабочему давлению (условному давлению Py или PN, либо классу давления Class)

Определяет максимальное избыточное давление, при котором кран может эксплуатироваться длительное время при температуре 20°C. Соответствует классам прочности трубопровода.

Обозначение (PN)	Класс давления (Class)	Примерное давление, МПа (атм.)	Типичные области применения
PN 16	Class 150	1.6 (16)	Водоснабжение, низконапорные системы
PN 25	Class 150	2.5 (25)	Промышленные трубопроводы общего назначения
PN 40	Class 300	4.0 (40)	Магистральные трубопроводы, энергетика
PN 63 / PN 64	Class 400	6.3-6.4 (63-64)	Высоконапорные системы, паровые линии
PN 100	Class 600	10.0 (100)	Критичные технологические линии, ТЭС, АЭС
PN 160 / PN 250	Class 900 / Class 1500	16.0-25.0 (160-250)	Высокотемпературный пар высокого давления, добыча нефти/газа

По типу корпуса и проходу

Цельнолитой (сварной) полнопроходный (Full Bore, FB): Диаметр отверстия в шаре равен внутреннему диаметру трубопровода. Гидравлические потери минимальны, возможна очистка трубопровода скребком или диагностика.
Цельнолитой стандартнопроходный (Reduced Bore, RB): Диаметр отверстия в шаре на один типоразмер меньше диаметра присоединения крана. Создает большее гидравлическое сопротивление, но дешевле и компактнее.
С разборным корпусом (сварные торцевые фланцы): Для особо ответственных применений, позволяет извлекать шар для обслуживания без демонтажа с трубопровода.

По материалу изготовления

Материал корпуса (марка стали)	Температурный диапазон	Стойкость к коррозии	Основные области применения в энергетике
Углеродистая сталь (25Л, Ст20, A216 WCB)	-30°C … +425°C	Умеренная, требует защиты от СО₂ и влаги	Пар, питательная вода, воздух, азот, маслосистемы на ТЭС.
Легированная хромомолибденовая сталь (15Х5М, 12Х18Н9Т, A217 WC6/WC9)	-50°C … +600°C	Повышенная к окислению	Линии перегретого пара высокого давления, технологические среды с высокой температурой.
Аустенитная нержавеющая сталь (12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, A351 CF8/CF8M)	-250°C … +600°C	Высокая, стойкость к широкому спектру агрессивных сред	Конденсатные линии, химические добавки, системы спецводоочистки, АЭС (первый контур).

Преимущества и недостатки кранов под приварку

Преимущества:

Абсолютная герметичность соединения: Отсутствие разъемных соединений исключает протечки по присоединительным патрубкам.
Высокая надежность и долговечность: Минимальное количество деталей, подверженных износу. Конструкция устойчива к вибрациям и механическим нагрузкам.
Компактность и малый строительный вес: По сравнению с фланцевыми кранами, отсутствие фланцев уменьшает габариты и массу узла.
Минимизация обслуживания: Не требует подтяжки фланцевых соединений, замены прокладок.
Экономическая эффективность: Ниже стоимость единицы арматуры и монтажных работ (отсутствие фланцев, болтов, прокладок).
Возможность подземной и подводной прокладки: Идеален для «труба в трубе» и бесколодезной прокладки.

Недостатки:

Сложность демонтажа: Для замены или ремонта требуется вырезка участка трубы, что увеличивает время и стоимость работ.
Высокие требования к квалификации сварщиков: Необходимость проведения квалифицированных сварочных работ с контролем качества швов (визуальный, УЗК, рентген).
Невозможность быстрого монтажа/демонтажа: Не подходит для участков, где требуется частая замена оборудования.
Риск тепловой деформации: Неправильный режим сварки может привести к перегреву и повреждению внутренних уплотнений крана.

Области применения в энергетике

КШП являются критически важной арматурой на объектах генерации и транспорта энергии:

Тепловые электростанции (ТЭС): Линии основного пара (высокого и среднего давления), питательная вода, дренажные системы, воздух, топливный газ, мазутопроводы.
Атомные электростанции (АЭС): Системы первого и второго контуров, аварийного охлаждения, химводоочистки. Используются краны из нержавеющих сталей с повышенными требованиями к радиационной стойкости и надежности.
Гидроэлектростанции (ГЭС): Системы техводоснабжения, дренажа, смазки и регулирования гидроагрегатов.
Сети теплоснабжения: Магистральные и распределительные трубопроводы горячей воды и пара, вводы в ЦТП и ИТП.
Промышленная энергетика: Трубопроводы технологического пара, конденсата, химических реагентов на промышленных предприятиях.

Монтаж, сварка и контроль

Процесс монтажа КШП требует строгого соблюдения технологии:

Подготовка: Проверка крана на соответствие ТУ, визуальный контроль, прокатка для удаления консерванта. Подготовка торцов труб (механическая обработка под сварной шов).
Прихватка и центрирование: Кран выставляется на опорах, центрируется относительно оси трубопровода. Выполняется прихватка в нескольких точках для фиксации положения.
Сварка: Выполняется квалифицированным сварщиком по утвержденной технологии (WPS). Для сталей применяется ручная дуговая сварка (MMA), аргонодуговая (TIG) или полуавтоматическая (MIG/MAG). Обязательно использование теплоотводящих паст для защиты полимерных уплотнений от перегрева.
Контроль сварных швов: Обязателен неразрушающий контроль (НК): визуальный и измерительный контроль (ВИК), ультразвуковой контроль (УЗК) или радиографический контроль (РК).
Испытания: После монтажа участок трубопровода с краном подвергается гидравлическим (пневматическим) испытаниям на прочность и плотность в соответствии с проектными требованиями.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем кран под приварку принципиально отличается от фланцевого?

Основное отличие — тип присоединения. Фланцевый кран имеет ответные фланцы, которые болтовым соединением стягиваются с фланцами трубопровода. Это разъемное соединение, требующее периодического обслуживания. Кран под приварку приваривается напрямую, образуя неразъемное монолитное соединение, более надежное и компактное, но неразборное.

Как правильно выбрать материал корпуса крана для линии пара высокого давления?

Выбор определяется параметрами среды: давлением (PN/Class) и температурой. Для пара с температурой до 425°C обычно применяют углеродистую сталь WCB. Для пара температурой 425-600°C необходима легированная хромомолибденовая сталь (например, WC6, WC9, C5). Обязательно руководствоваться нормами проектирования (ПБ, СНиП, ASME B31.1) и рекомендациями производителя арматуры.

Можно ли заменить фланцевый кран на краном под приварку без изменения проекта?

Да, но с учетом нескольких факторов: необходимо убедиться, что строительная длина крана под приварку соответствует расстоянию между фланцами на трубопроводе; проверить соответствие материалов и параметров давления/температуры; предусмотреть возможность будущего демонтажа участка (например, установив дополнительные разъемные соединения до и после крана). Замена часто приводит к повышению надежности узла.

Каковы основные причины выхода из строя шаровых кранов под приварку?

Износ или деформация уплотнительных седел под воздействием температуры, давления или абразивных частиц в среде.
Заклинивание шара из-за попадания твердых частиц в зазор между шаром и седлом (особенно после ремонтных работ на трубопроводе).
Коррозия шара или шпинделя при неправильном подборе материала для агрессивной среды.
Разгерметизация по шпинделю вследствие износа сальникового уплотнения.
Механическое повреждение при монтаже или ошибки при сварке (перегрев).

Требуется ли обслуживание кранов под приварку после установки?

Да, но оно минимально и касается в основном управляющей части. Необходимо периодически (по графику ТО) проверять легкость хода, состояние приводного механизма, смазку шпинделя, герметичность в закрытом положении. Внутренние элементы (шар, седла) в процессе эксплуатации не обслуживаются. При потере герметичности кран, как правило, подлежит замене.

Что означает обозначение «DN 100 PN 40 WCB» на кране?

Это краткая техническая характеристика: DN 100 — условный проход 100 мм; PN 40 — номинальное (условное) давление 4.0 МПа (40 бар); WCB — марка материала корпуса (углеродистая сталь по стандарту ASTM A216).

Заключение

Краны шаровые под приварку представляют собой высоконадежный, герметичный и экономичный тип запорной арматуры для неразъемных соединений на трубопроводах. Их применение в энергетике, особенно на ответственных участках с высокими параметрами среды, является отраслевым стандартом. Правильный выбор крана по материалу, давлению, типу прохода и квалифицированный монтаж с последующим контролем — ключевые условия для обеспечения долговечной и безопасной эксплуатации в течение всего жизненного цикла энергетического объекта.

Краны шаровые под приварку