Сегодня научно-технический прогресс позволил создать шаровые краны больших типоразмеров, которые с успехом используются на магистральных газопроводах, обеспечивая надежную и стабильную работу газотранспортной системы страны.
Тем не менее, шаровые краны для транспортировки природного газа высокого давления остаются довольно сложным, ответственным и дорогостоящим изделием, для создания и эксплуатации которого необходимо наличие на предприятиях-изготовителях и в эксплуатирующих организациях современного оборудования и большого количества опытных технических специалистов. Это обусловлено тем, что к запорным шаровым кранам магистральных газопроводов предъявляется ряд важных требований, основными из которых являются обеспечение надежной герметизации и сохранении работоспособности в течение длительного срока.
АО «МосЦКБА» совместно с ООО «АРМАТЕХ» была проведена научно-исследовательская работа, по итогам которой выявлены основные причины отказов, возникающих при работе запорных шаровых кранов и выделены главные из них:
1) разрушение уплотнения шарового крана в результате трения о дефектную поверхность шаровой пробки;
2) разрушение уплотнения шарового крана в момент его открытия в результате «взрывной декомпрессии» и в результате эрозионного износа, вызванного воздействием скоростного потока неочищенной рабочей среды.
Для решения вышеперечисленных проблем был разработан принципиально новый подход к управлению шаровым краном. В основе инновации лежит принудительный отвод седел от запорного органа в момент его поворота и автоматическое поджатие седел к запорному органу после его остановки. Вновь разработанный кран условно получил наименование «Энергоэффективного», чтобы подчеркнуть тот факт, что для его управления требуется уменьшенный крутящий момент, а конструкция «заботится» о сохранности уплотнения.
Целью новой разработки стало при минимальных изменениях в конструкции серийных шаровых кранов в ходе внедрения инновации обеспечить:
1) снижение стоимости крана за счет использования более простого запорного органа;
2) снижение стоимости крана за счет снижения момента, необходимого для его
управления, и использования в результате этого менее мощных и более дешевых приводов;
3) увеличение ресурса уплотнений крана и повышение их надежности;
4) снижение затрат при внедрении инновации за счет максимального использования
элементов серийной продукции, применяемой сегодня на объектах ГТС.
Проведенный патентный поиск в данной области техники показал, что предложенные технические решения являются новыми; изделия, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками разработанной конструкции, не выявлены. Это стало основанием для получения ряда патентов на изобретения:RU 2615239, RU 2617649, RU 2613010, RU 26732636.
Для проверки и отработки принятых конструктивных решений был разработан, изготовлен и успешно испытан опытный образец шарового крана с управляемыми седлами DN300 PN80, а в настоящее время разрабатывается шаровой кран с управляемыми седлами DN400 PN100.
Результаты испытаний опытного образца шарового крана с управляемыми седлами DN300 PN80 подтвердили, что применение в шаровых кранах технических решений, разработанных специалистами АО «МосЦКБА» и ООО «АРМАТЕХ», позволяет:
1) произвести модернизацию серийных кранов для ГТС с минимальными затратами;
2) повысить ресурс работы шаровых кранов за счет снижения износа уплотнений седел от трения о поверхность запорного органа при его повороте;
3) снизить крутящий момент, необходимый для управления краном и использовать для управления менее мощный и более дешевый привод;
4) повысить огнестойкость, безопасность и надежность шаровых кранов за счет применения дублирующих уплотнений в седлах из термостойких материалов.
Предполагается, что наибольший эффект концепция «Энергоэффективного» крана даст при внедрении ее на цельносварных шаровых кранах DN 700-1400 PN100, так как ремонт этих кранов очень дорог и может быть выполнен только в условиях специализированного предприятия, а затраты на дополнительную трубную обвязку и клапан управления седлами несоизмеримы с ожидаемым эффектом от снижении массы крана, привода, их стоимости и существенного продления ресурса.
В настоящее время работы по созданию современной, эффективной и надежной конструкции шарового крана для магистральных газопроводов продолжаются.