Техническое руководство

Плавающий vs цапфовый шаровой кран: что указать в ТЗ

Выбор конструкции шара задаёт класс давления, привод, стоимость и надёжность. Инженерный разбор, чтобы заявка на КП попала в нужный тип с первого раза.

При закупке шаровой арматуры выбор между плавающим и цапфовым (на цапфах) шаром задаёт класс давления, размер привода, стоимость и надёжность — но в datasheet это часто «между строк». Ниже — инженерный и коммерческий разбор для заявки на КП: после фиксации среды, Ду и PN/Class правильный тип обычно очевиден.

1. Как закреплён шар: две схемы

В шаровом кране с плавающим шаром шар не закреплён сверху и снизу; он может слегка смещаться вдоль оси линии. Шток входит в паз на верху шара; шар «плавает» между двумя сёдлами. В шаровом кране с цапфовым шаром шар зафиксирован штоком сверху и цапфой снизу: осевую нагрузку несёт опора, шар под давлением не «уезжает», а оба седла рассчитаны на прижим к его поверхности.

Эта одна механическая разница определяет уплотнение, кривую момента, предельный Ду и схему обслуживания.

2. Уплотнение: давление на седло vs двусторонний прижим

У плавающего крана герметичность даёт давление среды, прижимающее шар к нижнему по потоку седлу. Схема самоусиливающаяся: выше давление — плотнее контакт на выходном седле. Цена: шар и выходное седло несут полную нагрузку, а на шток растёт реакция с ростом давления линии.

У цапфового крана шар зафиксирован, поэтому оба седла (пружинные или активируемые давлением) прижимаются к шару. Во многих исполнениях это даёт double block and bleed (DBB); герметичность не зависит от того, «продавится» ли шар полным давлением. На низком давлении и вакууме цапфовое уплотнение предсказуемее.

3. Границы по Ду и давлению

Каталожные плавающие краны обычно до Ду200 (8″) и Class 150 / PN16–PN40, иногда Class 300 на кованых корпусах. В линейке PrimeFlow (пример) плавающий диапазон — малый/средний Ду: трёхсоставной PF-BV-3PC-316-DN50 (нержавеющая сталь 316) — Ду15–100, PN16 / 1000 WOG / Class 150 — типично для воды, HVAC, лёгкой технологической и вспомогательной службы (каталог, показательно).

Цапфовые краны начинаются там, где плавающие заканчиваются: от Ду50 (2″) до Ду900 (36″) и выше, от Class 150 до Class 900 / 1500 / 2500. На крупном диаметре и высоком давлении цапфовая конструкция — практически единственный рабочий вариант.

4. Момент, привод и стоимость

У плавающего крана давление линии уходит в седло и шток: момент закрытия растёт с давлением. На Ду50 это терпимо; на Ду200 и Class 300 привод должен преодолеть большой breakaway-момент.

У цапфового крана нагрузка линии развязана с нагрузкой на седло: рабочий момент ниже и стабильнее. Автоматизированный цапфовый кран Ду300 часто комплектуется относительно компактным пневматическим или электроприводом.

По цене цапфовый дороже единицы: обработанные сёдла, подшипники цапф, часто side-entry или top-entry. Сравнивать нужно не «стикер», а совокупную стоимость владения (TCO) под Ду и давление линии.

5. Где выигрывает цапфовый, где — плавающий

Для нефти, газа и нефтехимии — трубопроводная отсечка, магистральные линии, EPC-пакеты — цапфовый по умолчанию; часто по API 6D, с DBB и металлическими сёдлами. Если в проекте API 6D, offshore или «кислый» газ по NACE MR0175 / ISO 15156 — выше Ду50 почти всегда цапфовый.

Плавающий уместнее на хозводе, HVAC, лёгкой химии, сжатом воздухе и инструментальной отсечке — плотная сеть низкого давления «за» основной технологией.

6. Сводная таблица

ПараметрПлавающий шарЦапфовый шар
Опора шарасвободен, привод штокомзакреплён сверху и снизу (цапфа)
Уплотнениедавление к выходному седлуоба седла к шару
Типичный ДуДу15–Ду200 (показательно)Ду50–Ду900+ (показательно)
Типичное давлениеPN16–PN40, Class 150–300Class 150–2500
Момент под давлениемрастёт с давлением линииниже, относительно стабилен
DBBограниченново многих исполнениях «встроен»
СтандартыISO 17292, EN 12516API 6D, API 608, ASME B16.34
Плавающий — малый/средний Ду, utility. Цапфовый — большой Ду, high pressure, нефтегаз, DBB, API 6D. На границе (Ду200, Class 150) решают момент, привод и план обслуживания.

Частые вопросы

Дороже ли цапфовый кран плавающего?

Обычно в 1,5–3 раза на том же Ду из‑за сёдел, цапф и side-/top-entry корпуса. На крупных диаметрах плавающий недоступен — разрыв «схлопывается».

Какой диапазон Ду у плавающего?

Ориентир: Ду15–Ду200, PN16–40 или Class 150–300. Выше Ду200 нагрузка на седло и breakaway-момент делают цапфовый практичным выбором.

Ниже ли момент у цапфового?

Как правило да: шар зафиксирован, давление линии не переходит напрямую в нагрузку на седло — breakaway ниже и стабильнее на высоком давлении.

Какой стандарт на цапфовые краны в нефтегазе?

API 6D — основной для трубопроводных/обвязочных шаровых; плюс ASME B16.34 (P–T) и API 608. При «кислой» службе — NACE MR0175 / ISO 15156.

Может ли плавающий дать double-block-and-bleed?

Не в строгом смысле API 6D. Мягкое уплотнение на обоих сёдлах при благоприятных условиях возможно, но сертифицированный DBB — признак цапфовой конструкции.

Следующий шаг

Подтвердите Ду/Class или запросите КП side-by-side: плавающий и цапфовый, сертификаты (API 6D, PED, CE, EN 10204 3.1) и FOB Ningbo / Shanghai.

Запросить КП → Трёхсоставной шаровой кран SS316