Краны шаровые на Ру 40: конструкция, материалы, применение и выбор для энергетических систем

Кран шаровой на Ру 40 представляет собой запорную арматуру, рассчитанную на номинальное давление 4.0 МПа (40 кгс/см²) в диапазоне температур, установленных для конкретного исполнения. В энергетике, включая тепловые и атомные электростанции, тепловые сети, объекты нефтегазовой инфраструктуры, такие краны выполняют критически важную функцию полного перекрытия потока рабочей среды с высокой степенью герметичности и надежности. Их применение распространяется на трубопроводы пара, воды, конденсата, топлива, а также различных технологических жидкостей и газов.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основой конструкции шарового крана является сферический запорный элемент (пробка) с сквозным цилиндрическим отверстием. Шар вращается на опорных подшипниках (скольжения или качения) вокруг оси, перпендикулярной направлению потока. Уплотнение обеспечивается системой седел – кольцеобразных элементов, расположенных между корпусом и шаром. При повороте рукояти или привода на 90° отверстие в шаре либо совмещается с проходом в корпусе (открытое положение), либо перекрывается его глухой стороной (закрытое положение). Для кранов на Ру 40 характерны усиленные конструкции.

• Корпус: Выполняется цельнолитым, сварным или сборным (из двух или трех частей). Для Ру 40 чаще применяются цельносварные или фланцевые двухсоставные корпуса из высокопрочных марок сталей.
• Запорный узел: Шар – плавающий или с фиксированной осью. В кранах высокого давления (Ру 40) чаще используется конструкция с шаром на опорных цапфах, что снижает нагрузку на седла и облегчает управление.
• Система уплотнений: Включает уплотнения седла (чаще всего металл-металл, например, нержавеющая сталь/карбид вольфрама, или комбинированные с упругими вставками) и штока (сальниковое или сильфонное для критических сред). Сильфонное уплотнение исключает утечку в атмосферу, что критично для энергетики.
• Присоединение: Фланцевое (по ГОСТ, ANSI, DIN), муфтовое (редко для Ру 40) или под приварку. Фланцы по ГОСТ 33259-2015 (ГОСТ 12815-80) с условным давлением Ру 40 являются стандартными.

Материалы исполнения для условий энергетики

Выбор материала определяется рабочей средой, ее температурой, давлением и требованиями по коррозионной стойкости.

Таблица 1. Типовые материалы корпусных деталей и уплотнений кранов шаровых Ру 40

Элемент крана	Материал (марка)	Среда применения	Диапазон температур, °C
Корпус, крышка	Углеродистая сталь 25Л, 35Л	Пар, вода, нефтепродукты	-40… +425
Корпус, крышка	Легированная сталь 20ГЛ, 09Г2С	Агрессивные среды, низкие температуры	-60… +450
Корпус, крышка	Нержавеющая сталь 12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т	Коррозионные среды, химические реагенты	-60… +350
Шар	Нержавеющая сталь с хромированием или напылением Ni-P	Повышение износостойкости и антифрикционных свойств	В зависимости от основы
Седла	Фторопласт (PTFE), армированный графитом	Универсальные среды, до 200°C	-50… +200
Седла	Металл (карбид вольфрама, нержавеющая сталь)	Высокие температуры, абразивные среды, пар	До +550
Уплотнение штока	Графит, PTFE	Стандартные условия	Широкий диапазон
Уплотнение штока	Сильфон (нержавеющая сталь)	Токсичные, легковоспламеняющиеся среды, полная герметичность	В зависимости от марки стали

Классификация и стандартизация

Краны шаровые на Ру 40 классифицируются по нескольким ключевым признакам:

• По проходу: Полнопроходные (DN = Dу, коэффициент потерь минимален) и стандартнопроходные (редуцированные, DN < Dу). В энергетике для магистралей предпочтительны полнопроходные модели.
• По типу управления: Ручные (рычаг, редуктор), с пневмо-, гидро- или электроприводом. Приводы обязательны для больших диаметров (как правило, от DN150) и в АСУ ТП.
• По виду присоединения: Фланцевые (наиболее распространены для Ру 40), под приварку (для скрытого монтажа и исключения утечек по фланцам), муфтовые.
• По климатическому исполнению: УХЛ, ХЛ, Т – для работы в различных температурных условиях окружающей среды.

Основные регулирующие стандарты: ГОСТ 28343-89 «Краны шаровые. Технические условия», ГОСТ 21345-2005 (испытания), ГОСТ 9544-2015 (классы герметичности), серия ТР ТС 010/2011 (безопасность). Для фланцевых соединений актуальны ГОСТ 33259-2015 (ряд давлений Ру 40 включен) и международные ANSI B16.34, API 6D.

Критерии выбора для энергетических объектов

Выбор шарового крана на Ру 40 требует системного анализа параметров:

1. Рабочая среда и ее параметры: Точное знание состава (вода, пар, масло, газ), температуры (мин./макс.), давления (раб./пик.). Для пара критична стойкость материалов и уплотнений к высокой температуре.
2. Условный диаметр (DN/Dу): Определяется расчетом гидравлической сети. Стандартный ряд: DN15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400.
3. Требуемый класс герметичности: По ГОСТ 9544-2015 для запорной арматуры класса «А» (полностью закрывающей) нормируется утечка «А» – нулевая. Для энергетики стандартом является класс «А».
4. Материальное исполнение: Соответствие материала корпуса, шара, седел и уплотнений химическому и температурному воздействию среды.
5. Тип управления и необходимость автоматизации: Наличие резервного ручного дублера для приводных кранов. Выбор привода (пневмо/электро) по времени срабатывания и наличию источника энергии.
6. Условия монтажа и эксплуатации: Пространственная ориентация, доступ для обслуживания, частота циклов «открыто-закрыто», наличие вибраций.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж должен производиться в соответствии с проектной документацией и инструкцией завода-изготовителя. Перед установкой обязательна ревизия внутренней полости крана на отсутствие посторонних предметов и сохранность защитных заглушек. Фланцевые соединения стягиваются крест-накрест динамометрическим ключом с моментом, указанным в паспорте, для исключения перекоса. Запрещается использовать кран в качестве опоры для трубопровода или применять удлинители на рукоять для закрытия/открытия.

Эксплуатация предусматривает периодический внешний осмотр на предмет утечек по сальнику и фланцам, контроль плавности хода. Техническое обслуживание включает в себя:

• Проверку и подтяжку сальникового уплотнения (если предусмотрено конструкцией).
• Смазку шарнирных соединений привода и редуктора.
• Оперативную диагностику работы приводов (проверка предельных выключателей, крутящего момента).
• При длительном простое – проведение регламентных циклов открытия-закрытия для предотвращения «прикипания» шара к седлам.

Ремонт, как правило, заключается в замене картриджа (блока шар-седла) или уплотнительных комплектов, что требует демонтажа крана с линии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кран шаровой на Ру 40 от крана на Ру 16 в конструктивном плане?

Кран на Ру 40 имеет существенно более массивные и прочные корпусные детали (толщина стенок), усиленные шпиндели (штоки), рассчитанные на высокий крутящий момент, и, как правило, более износостойкие пары трения в седлах (чаще металлические или комбинированные). Фланцы выполняются под более высокое давление (ряд Ру 40).

Можно ли использовать шаровой кран на Ру 40 для регулирования потока пара?

Нет. Шаровые краны, согласно своей конструкции и назначению, являются запорной арматурой. Их использование для регулирования (дросселирования) потока, особенно пара высокой температуры, приводит к кавитационному износу седла и шара, эрозии поверхности, вибрации и преждевременному выходу из строя. Для регулирования применяются специальные регулирующие клапаны.

Какой класс герметичности должен быть у крана для пара на ТЭЦ?

Для трубопроводов пара на энергетических объектах, согласно отраслевым требованиям (РД, СТО), должен применяться запорная арматура с классом герметичности «А» по ГОСТ 9544 (нулевая утечка). Это обеспечивается прецизионной обработкой шара и седел, а также применением металл-металл или металл-упругий вставка уплотнений.

Что означает исполнение «под приварку» и когда его выбирают?

Исполнение «под приварку» означает, что кран не имеет фланцев, а ends (торцы) трубопровода привариваются непосредственно к патрубкам крана. Этот тип присоединения выбирают для критически важных линий (например, в контуре реактора АЭС, на магистральных паропроводах высокого давления), где необходимо обеспечить абсолютную монолитность соединения и исключить потенциальные точки утечки по фланцам. Монтаж сложнее, требует квалификации сварщиков и последующего контроля швов.

Как правильно выбрать тип привода для шарового крана DN200 на Ру 40?

Выбор между электрическим (ЭП) и пневматическим (ПП) приводом зависит от доступности источника энергии, требований к скорости срабатывания и взрывоопасности среды. ЭП приводы обеспечивают высокий крутящий момент, точное позиционирование, но имеют более высокую стоимость и меньшую скорость. ПП приводы быстрее, проще, взрывобезопасны по конструкции, но требуют сети сжатого воздуха. Обязателен расчет требуемого момента (с запасом 15-25%) по каталогу производителя крана. Для ответственных объектов предусматривается ручной дублер (редуктор) на случай отключения энергии.

Требуется ли техническое обслуживание крана с сильфонным уплотнением?

Кран с сильфонным уплотнением штока не требует обслуживания сальникового узла (подтяжки, замены набивки) в течение всего заявленного производителем ресурса циклов (обычно несколько тысяч). Однако это не отменяет необходимости общего визуального контроля состояния корпуса, фланцевых соединений и работы привода. Ресурс сильфона конечен и определяется количеством циклов и корректностью условий эксплуатации.

Заключение

Краны шаровые на Ру 40 являются высоконадежным и технологичным типом запорной арматуры для энергетических систем, работающих под высоким давлением. Их корректный выбор, основанный на детальном анализе рабочих условий, материалов, стандартов и требований к управлению, определяет безопасность и бесперебойность работы всего технологического цикла. Соблюдение правил монтажа и регламентов технического обслуживания позволяет реализовать полный расчетный ресурс изделия, исчисляемый десятилетиями. Применение современных исполнений с металлическими седлами и сильфонным уплотнением расширяет область их использования до наиболее ответственных участков парогенерирующих установок и магистральных трубопроводов.