Медиагруппа ARMTORG. Миф о принципиально разных конструкциях шаровых кранов

Фазилъ Искандер

Одним из самых распространенных мифов на сегодняшний день является легенда о принципиально разных конструкциях шаровых кранов, предназначенных для установки на системы водоснабжения и газоснабжения, т. е. осуществляющих транспортировку жидких и газообразных сред.

Миф: конструкция кранов на газ и воду (рис. 1, 2) принципиально разная, отличие заключается в уплотнительных элементах.

Для более полной картины предлагаем рассмотреть два аспекта:

• различия в конструкции кранов на воду и газ, и чем они обоснованы;
• поиск причин возникновения данного мифа.

При рассмотрении конструкций кранов для различных фаз транспортируемых сред (жидкие и газообразные) кардинальных изменений в кранах для воды и газа не наблюдается.

При этом важно рассмотреть всю конструкцию в целом. Отметим, что материалы основных частей шарового крана, а именно корпус, патрубок и горловина, сделаны из одинаковых металлов (ст. 20, ст. 09Г2С и т. д.). Шток в обеих конструкциях выполнен из нержавеющей стали, имеет бурт, препятствующий его выталкиванию. На штоке различными изготовителями выпускаемых кранов установлено два либо три О-образных резиновых уплотнителя. Именно химический состав этих колец, отвечающих за герметичность узла шток-горловина, является первым отличием между кранами для воды и газа.

Самый распространенный материал для крана в исполнении на воду – это фторкаучук (EPDM – этиленпропилендиеновый каучук; FРМ, FКМ, Viton – фтористые каучуки), краны в исполнении на газ NBR устанавливают псевдоспециалисты, потому как бутадиен-нитрильный каучук (каучук специального назначения) используется сугубо в среде нефтепродуктов, а вот HNBR-гидрированный бутадиен-нитрильный каучук как раз создан для газа. Порой некоторые производители используют на воде (на больших температурах) фторкаучуки, но они очень дорогие, плюс EPDM.

Есть и жаростойкие для воды, и приемлемые в цене, и отлично стоят при температуре +150-180 °С. Латунные шаровые краны для газа и воды также абсолютно одинаковые по конструкции, они даже могут иметь одинаковые сальники на штоке в виде PTFE, но просто сертифицированы по-разному. Если сальники из эластомеров, то здесь будет различие: для воды – из EPDM и для газа из – HNBR.

Далее рассмотрим узел шар-седло: в обеих конструкциях шар выполнен из нержавеющей стали, он поджимается седлами, выполненными из РТFЕ + 20 % углерода (графитонаполненный фторопласт).

На узле патрубок-фторопласт-шар можно наблюдать второе отличие – наличие торцевого уплотнения на фторопласте (между седлом и патрубком) у крана на газ и его отсутствие на кране для воды.

В обеих конструкциях расположены опорные кольца, за которыми установлены тарельчатые пружины – нужный и очень важный элемент в современной конструкции, обеспечивающий ее стабильную работу при различных температурных режимах (при низких температурах кран не теряет герметичность из-за усадки седла, а при повышенных – при сохранении герметичности шар не заклинивает в седлах).

При рассмотрении конструкции двух кранов мы выявили два принципиальных отличия:

• различный химический состав уплотнительных колец на узле шток-шар;
• наличие дополнительного уплотнения по торцовой части фторопласта у кранов на газ и его отсутствие у кранов на воду.

Данные отличия могут быть обусловлены следующими факторами:

• различный химический состав резиновых уплотнителей, он на штоке подобран в соответствии с параметрами рабочих сред, на которые изготавливаются краны. Так, фторкаучук – отличный уплотнитель с высокой износостойкостью и стойкостью к различным средам. Он имеет отличные показатели по высоким температурам применения (до +200 °С), но в то же время теряет свои свойства при отрицательных температурах (что, в принципе, не имеет значения при эксплуатации на воде и в других жидких средах, температура которых в трубопроводе всегда положительная). А нитрильные каучуки хороши по своим физико-химическим показателям при эксплуатации на отрицательных температурах (сжиженные углеводороды могут иметь отрицательную температуру транспортировки), но теряют свои свойства при высоких температурах (свыше +100 °С), что распространено на теплоснабжении, но исключено при транспортировке СУГ и природных газов;
• наличие же или отсутствие торцового уплотнителя на седле фторопласта, которое обусловлено тем же, что и выбор уплотнителя по штоку – параметрами эксплуатации (а именно температурой). Так, при высоких температурах линейные расширения, которые могут нарушить работоспособность крана, компенсируются (устраняются) тарельчатыми пружинами. А вот при отрицательных температурах появляется дополнительная проблема в виде усадки фторопласта не только в линейном размере (который компенсируется все той же тарельчатой пружиной), но и в диаметральном (место соприкосновения седла с патрубком).

Именно торцовый уплотнитель (нитрильные каучуки, работающее в отрицательных температурах) сохраняет герметичность крана при низких температурах. А вот при положительных и высоких температурах данный элемент становится ненужным.

Таким образом, можно сделать вывод, что конструкции кранов принципиально не отличаются. Отличаются лишь уплотнители. И единственной проблемой изготовления крана, который будет работать как на жидких, так и на газообразных средах, является проблема выбора уплотнения и готовность производителя пойти на этот шаг.

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 3 (59) 2020