Краны стальные шаровые КШ.Ц.Ф: конструкция, применение и технические характеристики
Кран шаровой стальной фланцевый цельносварной, обозначаемый аббревиатурой КШ.Ц.Ф, представляет собой трубопроводную арматуру, предназначенную для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды. Основное назначение – запорная функция, обеспечивающая герметичность класса «А» по ГОСТ 9544-2015. Данный тип арматуры находит широкое применение на технологических линиях, магистральных трубопроводах, объектах тепло- и водоснабжения, а также в промышленных системах, транспортирующих неагрессивные среды: воду, пар, природный газ, нефть и нефтепродукты.
Расшифровка условного обозначения (маркировки)
Стандартное обозначение крана, например, КШ.Ц.Ф.100-16.020, структурируется следующим образом:
- КШ – Кран Шаровой.
- Ц – Корпус Цельносварной (неразъемный). Это ключевая конструктивная особенность, отличающая его от кранов с разборным корпусом (с обозначением «Р»).
- Ф – Тип присоединения к трубопроводу – Фланцевый.
- 100 – Условный диаметр прохода (Ду, DN), в миллиметрах. Соответствует DN100.
- 16 – Номинальное давление (Ру, PN), в атмосферах. Соответствует PN16 (1,6 МПа).
- 020 – Исполнение по материалу уплотнений и типу управления: «020» – уплотнения из фторопласта (PTFE), ручное управление (рычаг или рукоятка).
- Корпус и фланцы: Изготавливаются из углеродистых (ст.20, 25Л) или низколегированных сталей (09Г2С, 12Х18Н9Т, 15Х5М и др.) методом литья или штамповки с последующей сваркой фланцев. Фланцы соответствуют ГОСТ 33259 (ранее ГОСТ 12815) на исполнение 1 или 2.
- Шар (затвор): Сферическая деталь с сквозным цилиндрическим отверстием. Изготавливается из высокопрочной стали с последующим хромированием, никелированием или нанесением других износостойких покрытий для обеспечения низкого коэффициента трения и коррозионной стойкости.
- Седловые уплотнения: Кольца, расположенные между шаром и корпусом, обеспечивающие герметизацию. Наиболее распространенный материал – фторопласт-4 (PTFE), обладающий отличными антифрикционными свойствами и химической стойкостью. Для повышенных температур применяются композиты на основе углеродного волокна (Graphoil) или терморасширенного графита.
- Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода к шару. Имеет антивырывную конструкцию. Уплотнение шпинделя обеспечивается набором сальниковых колец (чаще из графита или PTFE).
- Управление: Стандартно – ручное (рычаг или редукторный механизм для больших диаметров). Возможна установка электропривода, пневмопривода или гидропривода для дистанционного и автоматического управления.
- Условный диаметр (DN): От DN15 (КШ.Ц.Ф.15) до DN800 (КШ.Ц.Ф.800) и более.
- Номинальное давление (PN): Стандартный ряд: PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160. Давление определяется расчетным для конкретной системы.
- Рабочая среда: Вода, пар, природный и сжиженный газ, нефть, масла, аммиак, неагрессивные химические продукты.
- Температура рабочей среды: Зависит от материала уплотнений. Для PTFE обычно от -40°C до +200°C. При использовании графитовых уплотнений верхний предел может достигать +450°C.
- Класс герметичности: Класс «А» (полная герметичность) по ГОСТ 9544 – нулевая протечка в обоих направлениях.
- Климатическое исполнение: У1, УХЛ1, ХЛ1 – для работы на открытом воздухе в различных температурных зонах.
- Высокая герметичность (класс «А»).
- Простая и надежная конструкция, малое количество деталей.
- Малое время и усилие для управления (поворот на 90°).
- Малая строительная длина и гидравлическое сопротивление в открытом состоянии (практически равное трубе).
- Возможность установки привода для автоматизации.
- Длительный срок службы при соблюдении условий эксплуатации.
- Невозможность ремонта и обслуживания внутренних компонентов (неразъемный корпус).
- Ограничения по рабочей температуре, накладываемые материалом уплотнений.
- Чувствительность шаровой поверхности к механическим повреждениям абразивными частицами в среде.
- Относительно высокий крутящий момент для управления кранами больших диаметров, требующий установки редуктора или привода.
- Фторопласт (PTFE): Универсальный материал для воды, пара, газа, нефтепродуктов при температурах от -40°C до +200°C. Обладает низким трением.
- Терморасширенный графит (Graphite): Применяется для высокотемпературных сред (пар свыше +200°C, теплоносители), а также агрессивных сред. Рабочий диапазон от -200°C до +450°C и выше.
- Синтетические композиты (PEEK, Nylon): Используются для специфических химических сред или для повышения износостойкости.
Конструктивные особенности и материалы
Кран КШ.Ц.Ф характеризуется моноблочным неразъемным сварным корпусом. Это обеспечивает высокую прочность и надежность, исключает риск протечек через разъем корпуса, что критически важно для магистральных и ответственных применений. Недостатком такой конструкции является невозможность обслуживания или замены внутренних компонентов (шара, седла) без разрушения корпуса.
Основные компоненты крана:
Технические характеристики и параметры выбора
При подборе крана КШ.Ц.Ф для конкретной задачи необходимо учитывать комплекс параметров, регламентируемых технической документацией (ТУ 3742-001-84022115-2014, ТУ 3742-002-46493185-2009 и др.) и стандартами.
Основные параметры
Таблица 1. Соответствие условного давления (PN) пробному (испытательному) и рабочему
| Условное давление, PN | Пробное давление (гидравлическое), МПа (бар) | Максимальное рабочее давление при температуре до +120°C, МПа (бар) |
|---|---|---|
| 16 | 2.4 (24) | 1.6 (16) |
| 25 | 3.75 (37.5) | 2.5 (25) |
| 40 | 6.0 (60) | 4.0 (40) |
| 63 | 9.45 (94.5) | 6.3 (63) |
| 100 | 15.0 (150) | 10.0 (100) |
Таблица 2. Рекомендуемые материалы корпуса в зависимости от среды и температуры
| Марка стали корпуса | Обозначение | Основные области применения | Диапазон рабочих температур, °C |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь 25Л | СЧ | Вода, пар, нефть, газ (неагрессивные среды) | -40 … +425 |
| Низколегированная сталь 09Г2С | ЛС | Среды с низкой коррозионной активностью, работа при отрицательных температурах | -70 … +450 |
| Коррозионностойкая сталь 12Х18Н9Т | НЖ | Среды с повышенной агрессивностью (кислоты, щелочи в определенных концентрациях) | -60 … +200 |
| Жаропрочная сталь 15Х5М | М | Перегретый пар, нефтепродукты при высоких температурах | -40 … +600 |
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Монтаж фланцевых шаровых кранов должен производиться в соответствии с проектной документацией и правилами безопасности. Перед установкой необходимо проверить маркировку, целостность крана и отсутствие посторонних предметов внутри. Фланцевые соединения стягиваются болтами с равномерным усилием по кругу (крест-накрест) во избежание перекоса. Запрещается использовать кран в качестве опоры для трубопровода или прикладывать к рычагу управления чрезмерные усилия с помощью удлинителей.
Эксплуатация допускается только в положениях «полностью открыто» или «полностью закрыто». Использование крана в качестве регулирующей арматуры недопустимо, так как приводит к кавитационному износу седловых уплотнений и поверхности шара. Техническое обслуживание, как правило, сводится к периодическому визуальному контролю на предмет внешних повреждений и проверке герметичности. Для кранов с цельносварным корпусом ремонт в полевых условиях невозможен, в случае неисправности производится замена узла.
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами запорной арматуры
Преимущества кранов КШ.Ц.Ф:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем кран КШ.Ц.Ф отличается от КШ.Р.Ф?
Основное отличие – в конструкции корпуса. КШ.Ц.Ф имеет цельносварной неразъемный корпус, что обеспечивает максимальную надежность, но исключает ремонт. КШ.Р.Ф (кран шаровой разборный фланцевый) имеет корпус, разбираемый на две части с помощью болтового соединения, что позволяет производить замену шара, седловых уплотнений и выполнять ремонт. КШ.Р.Ф чаще применяется на менее ответственных участках, где важна ремонтопригодность.
Каков срок службы шарового крана и от чего он зависит?
Номинальный срок службы кранов КШ.Ц.Ф, заявленный производителями, составляет 15-25 лет и более. Фактический срок зависит от условий эксплуатации: характера и чистоты рабочей среды (наличие абразива резко снижает ресурс), частоты циклов «открыто-закрыто», соблюдения температурного и pressure режимов. Критическим элементом, определяющим ресурс, являются седловые уплотнения.
Можно ли устанавливать кран КШ.Ц.Ф в любом пространственном положении?
Да, установка крана допускается в любом положении (горизонтально, вертикально, под углом). Единственное важное требование – расположение привода (рукоятки) должно обеспечивать удобный доступ для оператора. Не рекомендуется устанавливать кран шпинделем вниз на загрязненных средах, так как в этом положении возможно скопление шлама в полости корпуса.
Что означает «полнопроходный» и «стандартнопроходный» кран?
Полнопроходный (Full Bore, FB) кран имеет диаметр отверстия в шаре, равный внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода (условному диаметру Ду). Это минимизирует гидравлические потери. Стандартнопроходный (Reduced Bore, RB) кран имеет отверстие в шаре на один типоразмер меньше условного диаметра трубопровода (например, в кране Ду100 отверстие шара соответствует Ду80). Это приводит к увеличению потерь давления, но снижает стоимость, массу и крутящий момент крана. В обозначении КШ.Ц.Ф обычно подразумевается полнопроходное исполнение, если не указано иное.
Как правильно выбрать материал уплотнений (седел)?
Выбор материала уплотнения определяется рабочей средой и ее температурой:
Требуется ли техническое обслуживание крана в процессе эксплуатации?
Для кранов с цельносварным корпусом плановое техническое обслуживание внутренних компонентов не предусмотрено. Рекомендуется периодически (в соответствии с графиком ППР) проверять легкость хода рукоятки, визуально контролировать состояние наружных поверхностей, фланцевых соединений и сальникового узла на предмет следов протечек. При необходимости подтяжки сальникового уплотнения это можно выполнить в соответствии с инструкцией производителя.
Заключение
Краны стальные шаровые фланцевые цельносварные КШ.Ц.Ф являются высоконадежным и технологичным решением для организации запорных узлов на магистральных и промышленных трубопроводах. Их выбор должен основываться на тщательном анализе рабочих параметров системы: давления, температуры, химического состава среды и требуемого ресурса. Правильный монтаж и соблюдение условий эксплуатации (исключение регулирования потока, работа только в крайних положениях) являются залогом многолетней и безотказной службы данной арматуры, что обуславливает ее широкое применение в энергетике, ЖКХ, нефтегазовой и химической отраслях.