1 Installation - Pumpportalen.se
1 Installation - Pumpportalen.se
1 Installation - Pumpportalen.se
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
10. Vätskors egenskaper<br />
10.1 INTRODUKTION<br />
Vätskor bildar tillsammans med ga<strong>se</strong>r och fasta kroppar de former i vilka substan<strong>se</strong>r förekommer i naturen. Man talar om<br />
fast fas, vätskefas och gasfas.<br />
En fast kropp, som belastas med en mycket liten tvärkraft, undergår - oav<strong>se</strong>tt dess plastiska egenskaper - enbart en<br />
elastisk deformation.<br />
En fluid, som belastas med en godtyckligt liten tvärkraft, undergår en fortlöpande deformation i tiden. Detta sker oav<strong>se</strong>tt<br />
fluidens trögflutenhet. Hos fluiden är tvärkraftens storlek och deformationshastigheten kopplade till varandra. Vid en fast<br />
kropp är det deformationen själv, som är relaterad till tvärkraften.<br />
En fluid kan vara en vätska eller en gas. En vätska skiljer sig från en gas genom att den - i jämförel<strong>se</strong> med ga<strong>se</strong>n - är i det<br />
närmaste inkompressibel. Gas, vars tillstånd - tryck och temperatur - är sådant att ga<strong>se</strong>n befinner sig nära den gräns, där<br />
den övergår i vätskefas, brukar benämnas ånga.<br />
En substans kan uppträda i alla tre fa<strong>se</strong>rna. Ett vanligt exempel på detta är is - vatten - vattenånga. Då is upphettas vid<br />
konstant tryck, övergår i<strong>se</strong>n till vatten vid smältpunkten och till ånga vid kokpunkten, ökas trycket på vattenångan vid<br />
konstant temperatur övergår ångan till vatten vid mättnadstrycket (ångtrycket).<br />
l ren vätska kan fasta partiklar uppslammas. En sådan vätska- ren vätska+partiklar - kallas för en suspension. Då<br />
partiklarna - exempelvis vid transport i en rörledning-fördelar sig jämt i vätskan, talar man om ett homogent<br />
strömningstillstånd och då koncentrationsgradienter uppträder om ett heterogent tillstånd.<br />
Med lösningar av<strong>se</strong>s vätskor, där en substans av ursprunglig fast, vätske- eller gasfas lösts upp i en ren vätska.<br />
Två vätskor, som inte är lösliga i varandra, kan blandas genom mekanisk påverkan. En sådan blandning<br />
benämnes emulsion.<br />
Vätskor uppvisar sin<strong>se</strong>mellan mycket olika egenskaper. Följande vätskeegenskaper måste definieras vid<br />
pumpning och återfinns för många olika vätskor i avsnitt 10.9:<br />
• Viskositet<br />
• Ångtryck, kokpunkt och smältpunkt<br />
• Densitet, volymutvidgning<br />
• pH-värde eller område<br />
• Brandklass, giftighet, vådlighet<br />
Dessa egenskaper förändras under inverkan av:<br />
• Temperatur och tryck<br />
• Koncentration – blandningsförhållande<br />
• Halt av och storlek på fasta partiklar<br />
10.2 VISKOSITET<br />
Definition<br />
Viskositet - flytförmåga, trögflutenhet - är en vätskeegenskap, som behandlas i ämnet reologi. Ordet reologi<br />
kommer från grekiskans "rheos",som betyder flyta eller strömma.<br />
Mellan två vätskeskikt, som rör sig med olika hastighet, utvecklas på grund av molekylära effekter ett<br />
tangentialmotstånd - en skjuvspänning. Man säger att skjuvspänningen orsakas av vätskans inre friktion<br />
eller omvänt- en vätska kan pga inre friktion överföra skjuvkrafter.<br />
214
En vätska i rörel<strong>se</strong> deformeras fortlöpande genom skjuvspänningens inverkan. Skjuvspänningens storlek<br />
beror på deformationshastigheten och på vätskans trögflutenhet – viskositet.<br />
Viskositeten definieras vid skiktströmning - laminär strömning - av Newtons ansats.<br />
Figur 10.1 Definition av viskositet<br />
Den dynamiska viskositeten anges i SI-systemet i enheten.<br />
1 kg/m,s = 1 Ns/m 2<br />
Andra förekommande enheter är<br />
eller<br />
1 Poi<strong>se</strong> = 1 P = 0,1 kg/m,s<br />
1 centipoi<strong>se</strong> = 1 cP = 10-2 P = 10-3 kg/m,s<br />
I strömningslärans rörel<strong>se</strong>ekvationer för viskös strömning uppträder alltid den dynamiska viskositeten<br />
dividerad med vätskans densitet. Denna parameter betecknas kallas kinematisk viskositet<br />
215<br />
Ekv. 10.2<br />
Ekv 10.1
SI-enheten för kinematisk viskositet är 1 m 2 /s<br />
Som multipelenheter användes ibland<br />
eller vanligare<br />
1 Stoke = 1 St = 10-4 m 2 /s<br />
1 cSt = 10-2 St = 10-6 m/s = 1 mm 2 /s<br />
Vid enheten 1 cSt = 1 mm2/s erhåller kinematiska viskositeten för vatten av 200C och 1 bar talvärdet 1.<br />
Newtonska vätskor<br />
En vätska, som vid laminär strömning följer Newtons ansats och som har konstant viskositet - oberoende av<br />
hastighetsgradient och tid - kallas för en newtonsk vätska.<br />
Figur 10-2 Newtonsk vätska<br />
Exempel på newtonska vätskor är: Vatten, lösningar med vatten, lågmolekylära vätskor, oljor och<br />
oljedestillat. Även svartlut, talloljefettsyra uppför sig som newtonska vätskor.<br />
Icke – newtonska vätskor<br />
Vätskor, som inte uppfyller kraven för newtonska vätskor, kallas icke-newtonska vätskor. De flesta<br />
högmolekylära vätskor, suspensioner och emulsioner uppvisar icke-newtonska egenskaper. Icke-newtonska<br />
vätskor indelas vanligen i tre huvudgrupper.<br />
I Tidsoberoende II Tidsberoende III Viskoelastiska<br />
p<strong>se</strong>udoplastiska tixotropa<br />
dilatanta reopexa<br />
plastiska irreversibla<br />
216
Vätskor i grupp I påverkas ej av strömningsförloppets utsträckning i tiden. Skjuvspänningen är vid laminär<br />
strömning och vid given temperatur entydigt bestämd av hastighetsgradienten.<br />
I analogi med newtonska vätskor skrives<br />
Figur 10.3 Tidsoberoende icke-newtonska vätskor<br />
Vid p<strong>se</strong>udoplastiska vätskor minskar den ekvivalenta viskositeten med ökande hastighetsgradient.<br />
Exempel:<br />
Högmolekylära lösningar, gummi, latex, vissa smältor, majonäs<br />
Vid dilatanta vätskor ökar den ekvivalenta viskositeten med ökande hastighetsgradient.<br />
Exempel:<br />
Bottensat<strong>se</strong>n i oljefärg, suspensioner med hög koncentration av finkorniga partiklar - cement, kalk, sand,<br />
stärkel<strong>se</strong>.<br />
Plastiska vätskor kräver en viss minsta skjuvspänning för att överhuvud taget börja flyta. Ekvivalenta<br />
viskositeten avtar från ett oändligt högt värde med ökande hastighetsgradient.<br />
Exempel:<br />
Tandkräm, salvor, smörjfett, margarin, trycksvärta, pappersmassa, emulsioner.<br />
Hos vätskor i grupp II - tidsberoende - påverkas den ekvivalenta viskositeten förutom av hastighetsgradienten<br />
även av den utsträckning i tiden, som strömningsförloppet varar.<br />
Figur 10.4 Illustration till tidsberoende icke newtonska vätskor<br />
217<br />
Ekv. 10.3
Vid tixotropa vätskor minskar 1 då strömningen startar. Då påverkan upphör återtar vätskan vätskan sin<br />
ursprungliga viskositet efter en viss tid.<br />
Exempel:<br />
Målarfärg, geléartade livsmedel<br />
Reopexa vätskor uppvisar ökande viskositet vid mekanisk påverkan och återtar sin ursprungliga viskositet<br />
då påverkan upphör<br />
Exempel:<br />
Vissa gipssuspensioner<br />
Irreversibla vätskors viskositet återbildas ej alls eller möjligen efter mycket lång tid efter det att påverkan<br />
upphört. Dessa vätskor måste pumpas skonsamt.<br />
Exempel:<br />
Ostkoagel, youghurt, marmelad.<br />
Grupp III - viskoelastiska vätskor - innehåller vätskor, som uppvisar både elastiska och viskösa egenskaper.<br />
Viskoelastiska vätskor undergår såväl elastisk som viskös deformation. Då strömningen upphör sker en viss<br />
elastisk återdeformation.<br />
Exempel:<br />
asfalt, smält nylon, gummi, polymera lösningar.<br />
Kommentarer<br />
• Den dynamiska viskositeten är temperaturberoende. Ökande temperatur ger minskande viskositet. Vissa<br />
vätskor måste värmas vid pumpning.<br />
• För den kinematiska viskositeten tillkommer densitetens beroende av temperaturen. Vid mycket höga<br />
tryck > 20 Mpa kan ett visst tryckberoende för viskositeten ob<strong>se</strong>rveras.<br />
• Förlustkoefficienter vid rörströmning är beroende av Reynolds tal, som i sin tur är beroende av den<br />
dynamiska viskositeten.<br />
• Turbopumpars prestanda är beroende av Reynolds tal. Data är alltid angivna för vatten och måste<br />
korrigeras vid pumpning av annan vätska. Vätskor med hög i viskositet pumpas bäst med<br />
förträngningspumpar.<br />
• Viskositet definieras av sambandet skjuvspanning - hastighetsgradient vid laminär strömning. Vid<br />
turbulent strömning påverkas detta samband av impulsutbytet mellan skikten orsakat av<br />
vätskepartiklarnas överlagrade orhgelbundna rörel<strong>se</strong>r.<br />
• I äldre måttsystem har viskositetsmått angivits i enheter ba<strong>se</strong>rade på speciella provmetoder t.ex Engler,<br />
Saybolt och Redwood; I tabell 10.1 finns ett översättningsdiagram till SI-enheter<br />
218
Tabell 10.1 Omräkningsdiagram för olika viskositet<strong>se</strong>nheter. (källa Pumpe Ståbi)<br />
219
Penetration<br />
För en del icke newtonska vätskor, t ex smörjfett och asfalt, ger viskositetsbestämning ej tillräcklig upplysning<br />
om flytegenskaperna, komplettering med uppgifter om konsistens behövs. Dessa uppgifter erhålles genom<br />
penetrationsbestämning. För fetter är penetrationen ett mått på konsisten<strong>se</strong>n. Den är det djup i tiondels mm som<br />
en kon tränger ner i en provkopp med fettprov värmt till 25 0 C. Penetrationen är beroende av om konsisten<strong>se</strong>n<br />
förändrats genom omrörning, skakning eller liknande. Hårda fetter har låga penetrationstal medan mjuka fetter<br />
har höga. Tillverkare av fetter anger penetrationstal för varje kvalitet t ex 240-325. Två smörjfetter kan vidare ha<br />
samma penetrationstal, men ändå ha olika flytförmåga, beroende på den ingående oljans viskositet.<br />
För asfalt utföres penetrationsbestämning vid 25°C på i princip samma sätt som för smörjfett, men med en<br />
belastad nål i stället för kon. Mätvärdena används för klassificering av asfalt, vanliga penetrationstal är 10-50.<br />
10.3 ÅNGTRYCK, KOKPUNKT OCH SMÄLTPUNKT<br />
Ångtryck<br />
Enhet Pa. Anges i kPa. Vätskor har en tendens att avdunsta. Över en vätska innesluten i en behållare bildas<br />
ånga - gas -, som bygger upp ett tryck. Ångtrycket, är den kraft per ytenhet, som den förångade delen av<br />
vätskan utövar på väggarna i behållaren.<br />
Ångtrycket beror endast på temperaturen och ökar med stigande temperatur. Vätskans temperaturer är<br />
tillordnade ett bestämt ångtryck. Detta förhållande framställs med s k ångtryckskurvor i ett temperatur -<br />
tryckdiagram. Vätskor varierar i sin tendens att förångas, vätskor som kokar vid låg temperatur har högt<br />
ångtryck och kallas lättkokande, de som kokar vid hög temperatur har lågt ångtryck och kallas trögkokande.<br />
Uppgifter om ångtryck erfordras för beräkning av sughöjd, bestämning av pumptyp och pumpuppställning samt<br />
axeltätningars utförande.<br />
Kokpunkt<br />
Enhet °C.<br />
En vätskas kokpunkt, vid trycket p är den temperatur där vätskan är i jämvikt med sin ånga, som vid detta<br />
tillfälle kallas mättad och utövar trycket p = mättningstrycket. Nås detta tillstånd vid 101,3 kPa (760 mm Hg)<br />
betecknas det normal kokpunkt. För vatten sker detta vid 100°C.<br />
Kemiskt rena vätskor har i motsats till blandningar en exakt kokpunkt. För en del mineraloljor gäller att lösta<br />
ga<strong>se</strong>r kan avskiljas redan innan ångtrycket uppnåtts. En del blandningar t ex bensin har ingen exakt kokpunkt<br />
utan ett kokområde som fastställes i en kokanalys, där begynnel<strong>se</strong>- och sluttemperatur för kokningen angives -<br />
kokpunktsintervall.<br />
Om trycket i en vätska lokalt, t ex inuti en pump, sjunker till ångtrycket vid den aktuella temperaturen uppstår<br />
ångbildning, små ångblåsor, i lokala lågtryckszoner. Detta förhållande har stor betydel<strong>se</strong> vid strömningsförlopp;<br />
det begränsar sughöjden för en pump eller en hävert <strong>se</strong> även 3.5 Pumpars sugförmåga; det ger betingel<strong>se</strong>r för<br />
skadlig kavitation <strong>se</strong> även 4.9 Material; och kan medföra ångbildning s k vatten<strong>se</strong>paration i ledningar i samband<br />
med tryckslag.<br />
Smältpunkt<br />
Enhet °C.<br />
Smältpunkt är den temperatur vid vilken ett ämne övergår från fast till flytande form och sammanfaller med den<br />
temperatur då en vätska övergår från flytande till fast form, stelningspunkt.<br />
220
10.4 DENSITET, VOLYMUTVIDGNING<br />
Densitet<br />
Enhet kg/m 3 . Beteckning . Densitet är förhållandet mellan en materialmängds massa och volym. Uppgifter om<br />
densitet erfordras för beräkning av tryck och pumpens effektbehov.<br />
Vätskors densitet vid 25°C anges i vätsketabellerna i avsnitt 10.9. Densiteten förändras under inverkan av:<br />
• Temperatur <strong>se</strong> tabell 10.10<br />
• Koncentration-blandningsförhållande, <strong>se</strong> figur 10.18-10.21.<br />
• Halt av och storlek på fasta partiklar i suspensioner, <strong>se</strong> avsnitt 10.7 och 10.8<br />
Andra egenskaper som en vätskas förmåga att lösa luft, gas, är beroende av temperatur och tryck och<br />
påverkar densiteten endast obetydligt.<br />
Vattens densitet är störst vid 4°C = 1000 kg/m3 då vatten har sin minsta volym. Vatten intar härigenom en<br />
särställning bland vätskor. Vid avkylning under 4°C utvidgar sig vattnet ända till 0°C och fry<strong>se</strong>r till is, varvid<br />
volymen ökar med 9 %. I<strong>se</strong>ns densitet är då 917 kg/m3.<br />
Vatten har ett densitetsmaximum även när det innehåller lösta salter, men den största densiteten uppträder då<br />
under 4°C ju högre salthalten är desto lägre temperatur för max värdet. Havsvatten har sin största densitet något<br />
under 0°C, fryspunkten är ännu lägre.<br />
Volymutvidning<br />
Enhet °C -1 . Beteckning γ.<br />
Densiteten är temperaturberoende och minskar vid stigande temperatur samt ökar vid fallande. Detta<br />
sammanhänger med att vätskans volym ökar vid uppvärmning resp minskar vid avkylning. Volymändringen hos<br />
en vätska kan i princip bestämmas med hjälp av dess volymutvidgningskoefficient γ [°C-1]. Denna är ett uttryck<br />
på den volymförändring som sker för varje grads temperaturförändring av vätskan.<br />
Sambandet mellan densiteter 1, och 2 vid två temperaturer t1, resp t2 och volymutvidningskolefficienten är:<br />
Ekv. 10.4<br />
Uppgifter om volymutvidgningskoefficienten erfordras för beräkning av tryckändringar hos innestängda<br />
vätskevolymer, max- och minimivolymers i öppna och slutna behållare samt vid volymkorrigeringar.<br />
För vatten bör ob<strong>se</strong>rveras att γ. är kraftigt temperaturberoende, varför vid praktiska beräkningar volymändringar<br />
bör beräknas med utgångspunkt från densitet vid olika temperaturer. Volymutvidningskoefficienten kommer, då<br />
närmast till användning vid interpolering.<br />
10.5 pH-VÄRDE<br />
För att på ett bekvämt sätt uttrycka vätejonkoncentrationen i vätskor har en symbolisk beteckning pH införts.<br />
Storheten pH kallas även surhetsgraden. Faktorn pH är den faktor som bestämmer klassificeringen av kemiska<br />
substan<strong>se</strong>r under tre huvudgrupper:<br />
• Syror – substan<strong>se</strong>r som reagerar med metall genom att frigöra väte.<br />
• Ba<strong>se</strong>r – substan<strong>se</strong>r som kan kombineras med syror, varvid en tredje grupp bildar ett salt och vatten.<br />
• Salter<br />
pH täcker en skala från 0-14. Sura vätskor har pH 0-6,5, neutrala har pH 6,5-7,5 och alkaliska har pH 7,5-14.<br />
221
Vatten är i rent tillstånd en mycket dålig elektrisk ledare. Sin ledningsförmåga får vatten först i lösningar med s k<br />
elektrolyter som salter, syror eller ba<strong>se</strong>r. Vid upplösning i vatten sönderfaller dessa ämnen i två beståndsdelar<br />
med motsatta elektriska laddningar varvid en elektrisk ström kan transporteras. Detta sönderfallsmoment kallas<br />
för elektrolytisk dissociation - spjälkning.<br />
De laddade partiklar, som då uppstår, kallas joner. Man skiljer här mellan katjon-partiklar med positiv laddning<br />
och anjon-partiklar med negativ laddning. Beroende på laddningstillståndet betecknas de positivt laddade med +<br />
och de negativt laddade med -.<br />
Metaller och väte i syror bildar vid den elektrolytiska dissociationen katjoner som alltid är positivt elektriskt<br />
laddade. Syraresterna och ba<strong>se</strong>rnas hydroxylgrupper bildar däremot negativt laddade anjoner.<br />
Alla lösningar, som reagerar surt, innehåller vätejoner H + och alla lösningar, som reagerat alkaliskt,<br />
hydroxyljoner OH - . Sura reaktioner kan således betecknas som vätejonreaktioner och alkaliska reaktioner som<br />
hydroxyljonreaktioner.<br />
Koncentrationen av vätejoner i en lösning är ett mått på lösningens surhet medan hydroxyljonkoncentrationen är<br />
ett mått på alkaliteten. Produkten av H + och OH - joner är alltid konstant vid en bestämd temperatur.<br />
Jonprodukten K vid 22°C är t ex:<br />
K = H + - OH - = 10 -14 [mol/l]<br />
Ekv 10.5<br />
När båda jonslagen förekommer i samma antal i vatten så reagerar detta neutralt. Dvs då är:<br />
H + = OH - = 10 -7 [mol/l]<br />
Vid en given OH - - koncentration kan således värdet på H + - koncentrationen beräknas.<br />
För att undvika negativa 10-poten<strong>se</strong>r används begreppet väteexponent eller pH-värde; definierat enl<br />
pH= -log H +<br />
Om t ex H + = 10 -4 [mol/l],så är pH =-log 10 -4 = 4<br />
Ekv 10.6<br />
Genom att ange H + - koncentration som 10 -p H kan således vattnets surhetsgrad resp alkalitet fastställas. Värdet<br />
på pH varierar inom grän<strong>se</strong>rna 0-14 <strong>se</strong> vidare figur 10.5.<br />
Figur 10.5 Jonkoncentration pH-värde, surhetsgrad och alkalitet<br />
222
Figur 10.5a Illustration av pH-värde samt användningsområden för konstruktionsmaterial i pumpar<br />
För vätskor med pH-värden under 4 är vätejonkoncentrationen starkt bestämmande för hastigheten hos<br />
upplösningsförloppet för de flesta metaller. De positivt elektriskt laddade vätejonerna avger härvid sin<br />
laddning vid metallytan till metallatomerna och lö<strong>se</strong>r upp deras fasta bindningar medan de själva, som<br />
härigenom berövas sin jonkonstruktion, återvänder till atomtillståndet, förenar sig till molekyler och<br />
223
lämnar metallytan i form av gasbubblor. Av detta kan förstås att upplösningsproces<strong>se</strong>n förlöper häftigare<br />
ju högre vätejonkoncentrationen är dvs ju lägre pH-värdet hos vätskan är. Inom pH-området ca 4-9<br />
inverkar i vätskan befintligt syre t ex från luft på upplösningsförmågan för t ex järn. Det urladdade vätet<br />
avgår då inte i form av gasbubblor som fallet är inom pH-området 0-4, utan förenar sig i samma<br />
ögonblick det bildas med vattnets syre till vatten. Samtidigt omsätts det upplösta järnet till rost, till vilket<br />
även åtgår syre.<br />
I figur 10.5 a Illustreras pH-områden för våra vanligaste födoämnen och drycker, samt hos<br />
kroppsvätskor, dricks- och avloppsvatten samt tvättmedel i förhållande till några vanliga kemiska<br />
vätskor. Dessutom anges lämpligt pumpmaterial för angivna pH-områden enligt vätsketabellerna.<br />
10.6 MYNDIGHETERS KLASSIFICERING AV VÄTSKOR<br />
Brandklass<br />
Brandklass för olika vätskor anges i vätsketabellerna i avsnitt 10.9. För förvaring, hantering och<br />
transport av brandfarlig gas och vätska finns bestämmel<strong>se</strong>r i Förordningen om brandfarliga varor utgiven<br />
i Svensk författningssamling SFS 1961 nr 568. Till brandfarliga varor hänföras i denna förordnings 1 § 1<br />
mom:<br />
a. gas som vid temperatur av + 21 °C eller därunder kan antändas och brinna i luft (brandfarlig gas).<br />
b. vara i flytande eller halvfast form med en flampunkt av högst + 60°C samt - oav<strong>se</strong>tt flampunkten -<br />
motorbrännolja och eldningsolja (brandfarlig vätska).<br />
Brandfarliga vätskor, indelas i fyra klas<strong>se</strong>r enligt 2 mom samma §, nämligen<br />
Klass 1 :vätskor med en flampunkt av högst + 21 °C.<br />
Klass 2a : vätskor med en flampunkt överstigande + 21 °C men ej + 30°C.<br />
Klass 2b : vätskor med en flampunkt överstigande + 30°C men ej + 60°C.<br />
Klass 3 : motorbrännolja och eldningsolja med en flampunkt överstigande + 60°C."<br />
Tillämpningskungörel<strong>se</strong> till 1 §. Bestämmande av flampunkt m.m (utdrag).<br />
"Med flampunkt förstås den temperatur, då ångor (ga<strong>se</strong>r) från en vätska vid normalt atmosfärstryck<br />
första gången flammar upp i samband med uppvärmning och införande av tändlåga på föreskrivet sätt vid<br />
provning i nedan angivna apparater".<br />
Under + 60°C Abel-Penskys apparat SIS 15 02 23<br />
Över + 60°C Pensky-Martins apparat SIS 15 02 24<br />
Brandfarlig gas klassificeras ej efter flampunkt utan avgörande är huruvida ga<strong>se</strong>n kan antändas och fortsätta att<br />
brinna.<br />
Statens Industriverk har utgivit en reviderad förteckning i SIND-FS 1976:9 över brandfarliga varor med<br />
uppfigter om flampunkt och brandklass (utdrag):<br />
"Inom pumpanläggningar för brandfarliga ga<strong>se</strong>r och vätskor tillhörande klass 1, 2a och 2b med flampunkt upp<br />
till 40°C kan utsläpp ge upphov till explosiva blandningar av luft och gas eller ånga." Rum och utrymmen där<br />
sådana anläggningar förekommer klassificeras av myndigheterna som explosionsfarliga och anläggningarna skall<br />
därför utföras enligt gällande bestämmel<strong>se</strong>r, som av<strong>se</strong>r att nedbringa explosionsrisken. Utöver SFS 1961 nr 568 som<br />
främst omfattar brandfarliga varors klassindelning, anläggningars planering, cisterner och rörledningars utförande,<br />
skydds- och säkerhetsavstånd etc gäller också Elföreskrifterna KFS 8/1960 med ändringar som ger anvisningar om hur<br />
explosionsrisken skall bedömas och elektriska anläggningar skall utföras. Förordningen och elföreskrifterna gäller<br />
gemensamt, de komplettera varandra. I kap 8 drivanordningar, avsnitt 8.3, behandlas förordningens och föreskrifternas<br />
bestämmel<strong>se</strong>r. Innehållet i avsnitt 8.3 är även tillämpligt för kapitlen 3-6 och kapitel 1 installation.<br />
224
Hälso- och miljöfarliga varor<br />
Enligt Produktkontrollnämndens kungörel<strong>se</strong> SFS 1973:334 § 2 indelas ämnen, som är att hänföra till sådana<br />
varor och som kan befaras medföra skador på människor i gifter och vådliga ämnen. Produktkontrollnämnden<br />
offentliggör vägledande förteckningar över gifter och vådliga ämnen. Senaste förteckning är PKFS 1975:1,<br />
1975:2 och SNV PM 549. I vätsketabellerna avsnitt 10.9 anges denna förtecknings exempel på följande sätt:<br />
Efter ämnets namn G för gift och V för vådligt.<br />
Pumpanläggningar som transporterar hälso- och miljöfarliga varor skall vara utförda så att skadliga utsläpp<br />
förhindras. Detta kan ställa krav på hermetisk transport och kan också påverka utförandet av pumpen, material<br />
och materialval, axeltätningar och rörledningar.<br />
10.7 DE VANLIGASTE VÄTSKORNA<br />
Vatten<br />
Med vatten i detta avsnitt av<strong>se</strong>s "naturligt" icke salthaltigt vatten dvs vatten förekommande i naturen som ytvatten i sjöar<br />
och älvar samt som grundvatten. Temperaturen skall vidare vara under eller upp till rumstemperatur inom området 0 till<br />
ca 30°C.<br />
Naturligt vatten har stor användning bl a som råvatten för dricksvatten, kyl- och processvatten inom olika industrier och<br />
för bevattningsändamål.<br />
För en pumpanläggning intres<strong>se</strong>rar främst vattnets korrosionsangrepp på de vanligaste konstruktionsmaterialen: i<br />
allmänhet stål, gråjärn - gjutjärn - och brons. De vattenegenskaper som inverkar är:<br />
• pH-värde<br />
• hårdhet och kolsyrehalt<br />
• halt av olika kemikalier främst salter<br />
• syrehalt<br />
Förutom dessa inverkar vattentemperaturen samt följande faktorer i själva pumpanläggningen:<br />
• strömningshastighet; normalt några m/s i rörledningar och 10-40 m/s i en centrifugalpump<br />
• kavitation både fullt utbildad och i obetydlig omfattning<br />
• halt av fasta föroreningar t ex sand och slam från olika brunnar<br />
Som regel inverkar pumpanläggningens faktorer kraftigt, när vattenegenskaperna är ogynnsamma eller på<br />
grän<strong>se</strong>n till att bli ogynnsamma och någon faktor i pumpanläggningen är ogynnsam. Det är här mycket svårt att<br />
ange generella riktlinjer, då redan en betydlig halt av något salt kan mångfaldiga ett korrosionsangrepp. Speciellt<br />
vatten med klorider är besvärliga - sålunda ökas vid t ex 50 mg - MgCl2/liter korrosionsangreppet på stål med en<br />
faktor ca 8, vilket då medför att stål inte längre är praktiskt användbart.<br />
• PH-värde och materialval<br />
Naturliga vatten brukar ha pH-värden mellan 4-9. Alltefter syrehalten skiljer man på två huvudgrupper:<br />
• Grundvatten ur stora djup. Detta innehåller ytterst litet syre och därmed blir här vätejonkoncentrationen<br />
utslagsgivande för järnets upplösningshastighet. Det bör påpekas att järn märkbart upplö<strong>se</strong>s redan vid<br />
pH-värden på 6 - 7 i dessa syrefattiga vatten.<br />
• Vanligast förekommande är syrehaltigt vatten. Här är pH-värdet inget absolut mått på<br />
upplösningshastigheten även om kännedom om dess storlek är viktig.<br />
För kalkhaltig vatten råder speciella omständigheter, som behandlas i efterföljande avsnitt.<br />
225
Då pumpar som transporterar färskvatten, för det mesta utförs i gråjärn ges nedan några synpunkter på<br />
användningsmöjligheter för detta material med av<strong>se</strong>ende på vattnets pH-värde. Naturligtvis kan inte något<br />
gränsvärde anges, utan allmänt kan sägas:<br />
• Gråjärn kan användas utan några egentliga problem inom pH-området 7 - 10. Om klorider finns<br />
närvarande, kan gråjärn dock vara otillräckligt.<br />
• Inom pH-området 5,5 - 7 kan gråjärn många gånger användas, men inverkan är här stor från vad, som<br />
har åstadkommit det lägre pH-värdet. Inom detta pH-område är gråjärn överläg<strong>se</strong>t stål vad beträffar<br />
korrosionsbeständighet. Gråjärnets höga kolhalt, 3-4 %, medför att vid måttliga strömningshastigheter<br />
kan grafiten tillsammans med korrosionsprodukter bilda en korrosionsskyddande film s k grafiti<strong>se</strong>ring<br />
av ytan.<br />
• Inom pH-området 4 - 5,5 kan gråjärn användas för vissa specialfall eller efter lämplig do<strong>se</strong>ring av<br />
vatten.<br />
För pH-områden, där gråjärn ej är beständigt måste brons eller rostfritt stål användas. Se vidare kapitel 4<br />
Material.<br />
• Hårdhet oss vatten<br />
Vattens hårdhet beror på närvaron av föreningar med främst kalcium - Ca - och magnesium - Mg - mest som<br />
karbonater men dessutom som icke-karbonater t ex sulfater, nitrater och klorider. Mängden i vilka dessa<br />
föreningar förekommer i vatten är ett mått på vattnets hårdhet.<br />
Mjukt vatten är i allmänhet lämpligare för hushållsbruk och de flesta användningsområden än hårt vatten. Vid<br />
tvättning är en bikarbonathalt i vatten skadlig eftersom tvål och såpa, som består av en blandning av<br />
natriumstearat och palmitat, med kalciumbikarbonat bildar olösliga kalciumsalter av organiska syror. Hårt vatten<br />
innehåller alltid kalciumkarbonater, vars löslighet minskar med ökad temperatur. Kalciumkarbonat utfälls som<br />
pannsten i ångpannor eller värmeväxlare. För att undvika pannstensbildning, som kan leda till partiella<br />
överhettningar i ångpannor måste man använda mjukt vatten som matarvatten. Vatten för sådana ändamål måste<br />
avhärdas.<br />
I Sverige brukar vatten anges i s k tyska hårdhetsgrader °dH - <strong>se</strong> vidare följande avsnitt- och en vanlig klassificering är:<br />
4 °dH mycket mjukt<br />
4-8 °dH mjukt<br />
8-12 °dH medelhårt<br />
12-18 °dH något hårt<br />
18-30 °dH hårt<br />
30 °dH mycket hårt<br />
• Hårdhetsgrader och måttenheter<br />
Som hårdhet betecknas vattnets halt av de s k jordalkalijonerna dvs joner av kalcium Ca, magnesium Mg,<br />
strontium Sr och barium Ba. Hårdheten kan uttryckas för de enskilda ämnena som kalciumhårdhet Ca-H,<br />
magnesiumhårdhet Mg-H osv. Totalhårdheten utgör summan av de enskilda hårdheterna<br />
En uppdelning kan även ske i temporär och permanent hårdhet. Temporär hårdhet utgörs av<br />
jordalkalijonerna bundna till karbonater och permanent till icke-karbonater. Den temporära hårdheten har<br />
fått sitt namn av att den försvinner vid uppvärmning. Fördelningen på de olika delarna sker därvid efter den<br />
kemiskt ekvivalenta halten av jordalkalijoner.<br />
Eftersom de olika jordalkalimetallerna har olika atomvikter har måttenheten för hårdhet – 1 milliekvavilent<br />
per liter mval/I – definierats som:<br />
226<br />
Ekv. 10.7
Hårdhet<strong>se</strong>nheten 1 m val/l kommer då att motsvara följande halter joner i mg/l:<br />
1 mval kalciumhårdhet = 20,04 mg/l Ca ++<br />
1 mval magnesiumhårdhet = 12,16 mg/l Mg ++<br />
1 mval strontiumhårdhet = 43,82 mg/l Sr ++<br />
1 mval bariumhårdhet = 68,68 mg/l Ba ++<br />
Med tyska hårdhetsgrader °dH uttryckes hårdheten Som den ekvivalenta halten av kalciumoxid (CaO) enl:<br />
1 °dH = 10 mg Ca0/l Ekv. 10.8<br />
För de olika jordalkalimetallernas oxider fås då<br />
• 1 °dH = 10 [mg CaO/l]<br />
• 1 °dH = 7,19 [mg MgO/l]<br />
• 1 °dH = 18,48 [mg SrO/l]<br />
• 1 °dH = 27,35 [mg BaO/l]<br />
och relationen till [mval/lit = blir<br />
• 1 °dH = 0,356 [mval/l]<br />
• 1 mval/lit = 2,8 [°dH]<br />
I andra länder används andra definitioner på hårdheten. För omräkning mellan olika hårdhetstal <strong>se</strong> tabell 10.2.<br />
Tabell 10.2 Omräkningsfaktorer för olika hårdhetsgrader. Exempel: 1 °dH = 1,78 franska hårdhetsgrader<br />
• Kolsyre- och karbonatjämvikt<br />
Nederbörd som tränger ned i marken, upptar ur luften i jorden koldioxid, som har bildats vid oxidation av<br />
organiskt material eller genom olika syrors inverkan på kalksten. Koldioxid och vatten överför de i vatten<br />
svårlösliga karbonaterna CaC03 = kalksten och MgC03 till lösliga bikarbonater Ca(HC03)2 och Mg(HC03)2. De<br />
<strong>se</strong>nare innehåller dels C02 från det ursprungliga karbonatet -"bunden kolsyra" - och en del C02 från kolsyran<br />
H2CO3 som överfört karbonatet till bikarbonat - "halvbunden kolsyra" <strong>se</strong> figur 10.6. För att hålla bikarbonatet<br />
löst krävs ytterligare en viss mängd C02-"fri tillhörande kolsyra".<br />
Om tillräckligt med karbonat finns i jorden och om all CO2 åtgår för omvandling till bikarbonat samt för att hålla<br />
det nybildade bikarbonatet i lösning, så är vattnet i jämvikt vad beträffar karbonat-kolsyra. Det förekommer<br />
alltså ett speciellt jämviktstillstånd mellan kalk och tillhörande fri kolsyra. Är det fria kolsyreinnehållet mindre<br />
än vad som erfordras för jämviktstillstånd, så avskiljes kalk. Är kolsyreinnehållet större, så går kalken åter i<br />
lösning. Om det däremot råder ett överskott av C02, benämnes detta "fri överskottskolsyra" eller "aggressiv<br />
kolsyra". Det är denna del av kolsyrehalten - som redan framgår av namnet - som i allmänhet förorsakar<br />
korrosion.<br />
227
Figur 10.6 Olika tillståndssätt för kolsyra (CO2) i vatten<br />
• Korrosionsförhållanden vid karbonathaltiga vatten<br />
Grundvatten är ofta hårt dvs innehåller bikarbonater med "tillhörande kolsyra" och eventuellt även "aggressiv<br />
kolsyra". För vattnets korrosion<strong>se</strong>genskaper är kolsyrans olika tillståndssätt enl föregående viktig.<br />
Vatten utan "aggressiv kolsyra" bildar lätt, om syre samtidigt finns tillgängligt, karbonathaltiga skyddsfilmer<br />
på utsatta ytor i pumpar, behållare och rörledningar*. Villkoret härför är en förskjutning till en något minskad<br />
halt "tillhörande kolsyra" genom t ex tryckminskning, uppvärmning eller kemikaliedo<strong>se</strong>ring. Självfallet måste<br />
den då frigjorda kolsyran bindas eller ha möjlighet att avgå från vatten.<br />
Finns fri "aggressiv kolsyra" förhindras skyddskiktbildningen. Kommer detta vatten då i beröring med kalk,<br />
murbruk, betong så lö<strong>se</strong>r den upp kalk ända tills det kemiska jämviktstillståndet är återställt. Denna kolsyra är<br />
alltså kalkaggressiv. Vid syrefattigt vatten bildas ej heller något kalkrostskyddsskikt. I detta fall lö<strong>se</strong>r vatten<br />
järn vid varje fri kolsyrehalt, varvid korrosionshastigheten blir större ju mindre pH-värdet är.<br />
Praktiskt beror pH för naturliga karbonathaltiga vatten nästan uteslutande på förhållandet mellan den<br />
""bundna" och den "fria kolsyran" och bestäms enligt klut av sambandet<br />
Ekv 10.9<br />
Sätter man pH-jämviktsvärdet i relation till karbonathårdheten fås samband enl figur 10.7 och figur 10.7a. Med<br />
hjälp av figur 10.7a kan också en uppdelning på "tillhörande" och "aggressiv kolsyra" göras.<br />
* Karbonatutfällning kan dock förorsaka besvär i vissa konstruktion<strong>se</strong>lement i pumpar t ex axeltätningar och vätskesmorda<br />
glidlager.<br />
228
Figur 10.7 Jämviktstillstånd för bildande av karbonathaltiga skyddsfilmer vid syrehaltiga vatten.<br />
Figur 10.7 och 10.7a kan användas som måttstock för aggressiviteten hos naturligt vatten, när man känner<br />
karbonathårdheten och pH-värdet. För karbonathaltiga vatten är därmed av intres<strong>se</strong>:<br />
• vid syrehaltiga vatten uteslutande om pH-värdet kommer under jämviktskurvan. Ligger pH-värdet<br />
kraftigt under kurvan påverkas korrosionen i första hand av halter av andra ämnen och först i andra<br />
hand av pH-värdet.<br />
• vid syrefattiga vatten däremot om pH-värdet ligger över eller under värdet 7. Är värdet större än ca 7 är<br />
vattnet ej aggressivt. Ju mer värdet ligger under ca 7 desto aggressivare är vattnet.<br />
229
Figur 10.7a Karbonathårdheten i förhållande till kolsyrehalten.<br />
Den så viktiga syrehalten hos råvatten kan variera mycket. Hos källvatten såväl som grundvatten från övre<br />
markskikt är syrehalten nästan genomgående tillräcklig för att bilda det naturliga kalkrostskyddsskiktet när<br />
samtidig karbonathårdhet 6° dH förekommer.<br />
230
Mjukt ytvatten kan på grund av kalkbrist ej bilda kalkrostskyddsskikt och är därför mer eller mindre<br />
aggressivt.<br />
Avloppsvatten<br />
Avloppsvatten utgör i dagligt tal benämningen på hushållsspillvatten, men allmänt <strong>se</strong>tt är avloppsvatten<br />
benämning på:<br />
• Spillvatten = vatten som bärare av föroreningar från: hushåll, affärer, hotell, kontor, restauranger,<br />
industrier.<br />
• Kylvatten = termiskt "förorenat" vatten<br />
• Dagvatten = nederbördsvatten<br />
• Dränvatten = dräneringsvatten från byggnadsgrunder, maskinområden eller som läckor i otäta<br />
ledningar.<br />
Spillvatten från hushåll, affärer, hotell, kontor, restauranger<br />
Spillvattnet tjänstgör som bärare av de föroreningar, vilka genom vattenklo<strong>se</strong>tter och avloppsbrunnar följer<br />
det förbrukade och förorenade vattnet i spillvattenledningen.<br />
Föroreningarnas storlek begränsas i princip av arean hos det till ledningen anslutna intaget.<br />
Detta medför att tvärsnittsarean hos föroreningar begränsas till motsvarande arean för intaget. Någon<br />
begränsning av längden hos en mjuk och böjlig kropp kan däremot ej åstadkommas. Således pas<strong>se</strong>rar<br />
plastfilmer och annat förpackningsmaterial tillsammans med strumpbyxor och andra textilier obehindrat<br />
genom en vattenklo<strong>se</strong>tt och ut i ledningsnätet.<br />
Det är givetvis ej tillåtet att använda spillvattennätet för transport av avfall från textil eller andra material<br />
som är att hänföra till hushålls- eller industriell sophantering.<br />
En ständig ökning av i spillvattnet ej önskvärda eller otillåtna föroreningar kan konstateras i rensgaller och<br />
spaltsilar. Speciellt svårt, och med hög halt av exempelvis textilier, är spillvattnet i större tätorters<br />
centrumbebyggel<strong>se</strong>. Citykärnan med restauranger, kontor och varuhus producerar ett avgjort svårare<br />
spillvatten än den omgivande sovstaden.<br />
Kraven på pumpar och andra hjälpmedel för transport av dagens spillvatten bör således formuleras efter de<br />
föroreningar, tillåtna eller otillåtna, som spillvattnet är bärare av.<br />
De större föroreningarna - partiklarna - i spillvatten kan vid pumpval klassificeras som deformerbara och<br />
kräver ett stockningsfritt utförande.<br />
Spillvatten, industriellt<br />
Industriellt avloppsvatten har en relativt enhetlig sammansättning för varje industrityp och innehåller i allmänhet<br />
ämnen som kan medföra skador och störningar i avloppsvattenreningsverk och vattenområde - recipient.<br />
Utsläpp av avloppsvatten berörs av Miljöskyddslagen (SFS 1969/387 och 1972/782) och miljöskyddskungörel<strong>se</strong>n<br />
(SFS 1969/388) med ändringar (SFS 1972/224) där de industrityper, vars process kan ge<br />
upphov till skadliga vattenföroreningar finns angivna.<br />
Villkor för utsläpp av skadliga ämnen i kommunal avloppsanläggning gäller enligt Svenska Vatten- och<br />
Avloppsföreningens Meddelande VAV M20 mars 1976. Industriavlopp - Gränsvärden redovisar uppgifter om<br />
tolerabelt innehåll av olika ämnen. Bland dessa ämnen finns vätskor som är giftiga, vådliga, korrosiva, explosiva<br />
och som påverkar pumpmaterial, drivanordning och rörledningar. Dessa vätskor återfinns i vätsketabellerna<br />
avsnitt 10.9.<br />
231
Kylvatten, dagvatten, dränvatten<br />
Se föregående avsnitt vatten. I det cirkulerande vattnet i kyltornsanläggningar kan det bildas fasta utfällningar,<br />
kalkavlagringar, slam och mineralkoncentration som ger upphov till korrosion och igensättningar i pumpar och<br />
rörledningar.<br />
Suspensioner, uppslamningar<br />
Partiklar av oorganiska och organiska fasta ämnen förekommer, mer eller mindre finfördelade, uppslammade i<br />
vätskor dels som föroreningar och dels som transportgods. Vätskans - suspensionens-egenskaper beror av de<br />
fasta ämnespartiklarnas storlek, densitet, form och hårdhet samt vätskans halt av partiklar, varav storlek och halt<br />
har avgörande betydel<strong>se</strong> för pumpvalet. I pumpkataloger brukar pumpars lämplighet anges för olika vätsketyper t<br />
ex: ren utan fasta föroreningar, lätt förorenad, förorenad, slurry, slam, massa, gods etc. utan närmare definition.<br />
I ”sök pump” på www.svensk pumpmarknad.nu kan sökning specificeras för partikelinnehåll följande<br />
parametrar:<br />
• Storleksområde < 0,1 mm, 0,1-1, 1-10 och 10-100 mm<br />
• Deformerbara<br />
• Slitande<br />
• Halt < ca 1 %, > 1 %<br />
I huvudet på tabellen finns 41 olika pumptyper angivna, som markerats som "särskilt lämpliga" , "lämpliga"<br />
eller" lämpliga med re<strong>se</strong>rvation" för dessa 8 partikelinnehållsparametrar.<br />
• Partikelstorlek - kornstorlek<br />
Måttenheterna < 0,1 mm; respektive 0,1-1 mm för partikelstorlek, förekommer inte så ofta, de brukar nämligen<br />
uttryckas med enheten µm som i tabell 10.3 vilken också innehåller uppgifter om partikelstorlek för en del<br />
ämnen > 1 mm.<br />
Figur 10.8 Illustration av relativ storlek på små partiklar.<br />
232
Tabell 10.3 Illustration till måttenheter för partikelstorlekar uppgifter om partikelstorlek hos en del ämnen, spalt och spel i<br />
pumpar, tätningar.<br />
Partikelstorlek 1-10 mm. Inom detta område, som omfattar vätskor från avlopp, länsning av byggnadsschakt,<br />
muddring, slam med partiklar > 5 mm samt transportgods, har antal lämpliga pumpar minskat starkt.<br />
Partikelstorlek 10-100 mm. Detta område omfattar vätskor från avlopp, muddring, slam samt vätskor, som<br />
transporterar stora partiklar, varvid ett stockningsfritt pumputförande krävs. Även livsmedelstransport t ex transport av<br />
hel fisk förekommer i detta område.<br />
• Deformerbara<br />
Partiklar av organiska ämnen, där partiklar är mjuka, fibrösa etc och som kan sammanpressas eller får utsättas<br />
för åverkan.<br />
• Slitande, abrasiva<br />
Partiklar av oorganiska ämnen-, mineraler, sand - där partiklarna är hårda, skarpkantiga osv.<br />
• Halt<br />
233
Halt av<strong>se</strong>r suspensionens innehåll av partiklar (torrsubstans=TS-halt) och anges i viktprocent: partikelvikten<br />
gånger 100 dividerad med suspensionens totalvikt. Partikelvikten räknas för absolut torra partiklar. I praktiken<br />
räknas ofta med lufttorr substans som har 10-12 % vatteninnehåll. Vid halt < ca 1 % kan pumpval oftast göras<br />
som för vatten och vid halt > ca 1 % kommer flera andra faktorer in i bilden. Vid pumpval skall då<br />
partikelstorlek och TS-halt sammanställas. En tillräckligt liten kornstorlek kan medföra att en vanlig vattenpump<br />
kan användas så länge vätskan är lättflytande, icke-slitande och ej <strong>se</strong>dimenterar i själva pumpen.<br />
Vid transport av fast material - gods - i finfördelad form är vatten den vanligaste transportvätskan, det brukar<br />
behöves i en kvantitet som är ca 2-20 gånger transporterad materialmängd. Tabell 10.4 visar några exempel med<br />
värden för andel fast material.<br />
Tabell 10.4 Några riktvärden vid godstransport.<br />
Densiteten hos en suspension bestäms med nomogram figur 10.9<br />
Figur 10.9 Nomogram för bestämning av densitet hos suspension (källa Morgårdshammar)<br />
Grän<strong>se</strong>n för andelen fast material är beroende av vätskans flytförmåga, risk för avskiljning och luft- eller gashalt.<br />
Figur 10.10, närmast gällande för pappersmassa, visar att små förändringar av TS-halt har en vä<strong>se</strong>ntlig betydel<strong>se</strong><br />
för suspensionens flytförmåga.<br />
234
Figur 10.10 Klassificering av flytförmåga för olika vätskor i grupperna A till F. För pappersmassa (fibersuspensioner) gäller<br />
de i % angivna TS-halterna (källa Gould)<br />
Massasuspensioner inom cellulosa- och pappersindustrin<br />
• Massakvaliteter<br />
Möjligheterna för att pumpa massa beror i första hand på det råmaterial som används, tillsatsmedel samt<br />
produktionsmetod. Som exempel på olika råmaterial kan nämnas barrträdsved (fiberlängd 3-4 mm), lövträdsved<br />
(fiberlängd 1-1,5 mm) och lump (fiberlängd 25-30 mm).<br />
Produktionsmetoderna kan i princip delas upp i kemiska och mekaniska. Den kemiska metoden är den mest<br />
förekommande. Sulfat- och sulfitmassa framställs både blekt och oblekt. Den viktigaste massan som framställs<br />
på mekanisk väg är slipmassa.<br />
• Luftinnehåll i massa<br />
Massa skiljer sig från många andra suspensioner bl a på grund av att den består av tre fa<strong>se</strong>r: vatten, fasta fibrer<br />
och luft.<br />
Luft i massa uppträder antingen i form av bubblor eller i kombinerad tillståndsform. Luft förekommer som<br />
bubblor antingen i fri form eller fästade till fibern. Luft i kombinerad tillståndsform förekommer upplöst i vatten<br />
eller absorberad i fibrerna. Luftinnehållet i massa beror på kvalitet, koncentration, tillsatsmedel, malning,<br />
temperatur samt tiden och massans hantering. Slipmassa innehåller mer luft än sulfit- eller sulfatmassa. Limning<br />
ökar luftinnehållet vä<strong>se</strong>ntligt och även malning.<br />
Med ökande temperatur ökar innehållet av fri luft samtidigt som luftens upplösningsförmåga i vatten avtar. Rent<br />
allmänt sjunker luftinnehållet i massa vid lagring. Luftinnehållet i massa ökar hastigt till en viss nivå, som är<br />
specifik för varje massatyp vid luftinblandning. Detta sker t ex då massa får falla fritt ner i ett kar eller en cistern.<br />
Luft kan även upptas av massan via axeltätningen i pumpar om vakuum uppstår.<br />
Egenskaper hos massa som försvårar pumpning<br />
• Innehåll av fasta partiklar, dvs koncentration. Massafibrerna bygger upp ett nätverk som blir tätare vid<br />
ökad koncentration. Det är relativt svårt att sätta massa med hög koncentration i rörel<strong>se</strong>, ty när höga<br />
energiimpul<strong>se</strong>r överförs lokalt i nätverket är det troligt att det klipps sönder och att rörel<strong>se</strong>n uppträder<br />
mycket lokalt.<br />
• Luftinnehåll. Luft i form av bubblor i massa är ur pumpningssynpunkt mycket ogynnsam. Ett<br />
luftinnehåll på 1-2 % räcker för att ändra pumpegenskaperna.<br />
• Tryckfall. Vid flöden med låga hastigheter är tryckfallet för massa mycket högre än för vatten. I<br />
allmänhet är massa som är varm resp. innehåller tillsatsmedel lättare att pumpa än kall och ren massa.<br />
235
Slam<br />
• Att åter sätta massa i rörel<strong>se</strong> i ett rörsystem efter ett avbrott kan vara något problematiskt, speciellt när<br />
det gäller högkoncentrerad massa. Detta beror troligen på att det "statiska tryckfallet" är större än<br />
tryckfallet vid låga strömningshastigheter. Spädning med vatten i pumpen underlättar att starta den.<br />
• Igensättande egenskaper, dvs flockning i massa, stickor, kvistar och syntetfiber kan åstadkomma<br />
flockning i pumpen. En total igensättning av både pump och rör är till och med möjlig.<br />
• Tendens hos massa att tjockna i avsmalnande kanaler.<br />
Starkt avsmalnande koniska delar på pumpens sugsida t ex förminskning av sugledning från en<br />
rörledning med dimension 400 mm ned till 150 mm kan åstadkomma flockning redan vid koncentrationer<br />
på 3-4 %.<br />
• Strömningsförluster i rörledningar. Annan benämning på massa är pulp.<br />
Slam är benämningen på den restprodukt som bildas när oorganiska och organiska partiklar avskiljs - <strong>se</strong>pareras -<br />
vid rening av en vätska. Vid rening av vätska används följande mekaniska och kemiska metoder.<br />
• <strong>se</strong>dimentation - <strong>se</strong>ttling -, partiklarna faller av egen tyngd till botten i en avskiljare.<br />
• flotation, partiklarna överföres till flytslam genom tillför<strong>se</strong>l av små luftblåsor.<br />
• centrifugering, partiklarna avskiljs genom centrifugalkraften<br />
• filtrering, vätskan ledes genom ett filter, som släpper igenom vätskan och fångar upp partiklarna. Filtret<br />
kan bestå av en sil, poröst material, en eller flera bäddar av filtermedia.<br />
• fällning, genom tillsats av olika kemikalier bildar partiklarna olösliga föreningar - flockar - som kan<br />
avskiljas genom <strong>se</strong>dimentering eller flotation<br />
Vid pumpning intres<strong>se</strong>rar slammets TS-halt- pumpbarhet - samt partiklarnas storlek och hårdhet. Eftersom slam<br />
uppkommer vid all vattenbehandling och vid industriproces<strong>se</strong>r kan en generell definition inte göras. Som<br />
riktvärden kan de vid slambehandling i kommunala avloppsreningsverk förekommande värdena används.<br />
TS-halt efter olika behandlingssteg:<br />
• Före förtjockning TS-halt<br />
Kemslam efter fällning, flotation 0,5-1%<br />
Mekaniskt slam, <strong>se</strong>dimentation, flotation 2-3%<br />
• Efter förtjockning TS-halt<br />
Mekaniska slam 6-10%<br />
Aktivt slam 2-3%<br />
Biobäddsslam 4-8%<br />
Mekaniskt och aktivt slam 5-8%<br />
Mekaniskt och biobäddsslam 7-9%<br />
• Efter avvattning i centrifug, silbands-<br />
press, vakuumfiltrering etc. >30%<br />
I botten, kompressions-zonen av <strong>se</strong>dimenteringsbassänger, sandfång, oljetankar och andra behållare med<br />
stillastående vätskor, utsätts bottenskiktet vid <strong>se</strong>dimenteringen för mekaniskt tryck av ovanförliggande slam,<br />
varvid vätskan pressas ur bottenskiktet vars täthet sålunda ökar under <strong>se</strong>dimenteringsförloppet. Slam från<br />
industriproces<strong>se</strong>r får samma egenskaper som sin ursprungsvätska. Andra benämningar på slam: <strong>se</strong>diment, slurry,<br />
sludge.<br />
236
Oljor och några petroleumprodukter<br />
Oljor indelas efter sitt ursprung i mineraloljor samt animala och vegetabiliska oljor, men kan i<br />
pumpningssammanhang behandlas lika. Till mineraloljor räknas också sådana petroleumprodukter såsom<br />
lösningsmedel, bensin, fotogen och liknande vilket bör beaktas vid pumpning i oljeupplag.<br />
Vid pumpning av oljor skall lägsta och högsta driftstemperatur, oljans viskositet, grumlingslägsta flyt- och<br />
stelningstemperatur samt ångtryck fastställas.<br />
Oljors flytförmåga följer Newtons lag, de har i likhet med vatten, konstant viskositet oberoende av<br />
hastighetsgradienten och tiden. Viskositeten är temperaturberoende, oljor flyter lättare vid uppvärmning.<br />
Viskositeten sjunker när temperaturen stiger. För att rätt kunna beräkna en pumpanläggning måste viskositetstemperaturförhållandena<br />
och hur oljan uppför sig vid variationer i driftstemperaturen klarläggas.<br />
Temperatur - viskositetsförhållandena hos olika oljor visas i diagram figur 10.11 - 10.14. Dessa är konstruerade<br />
enligt temperatur - viskositetsblad av Ubbelohde (Förlag S Hirzel Stuttgart N) och följer ett rätlinjigt samband.<br />
Diagrammen kan användas för konstruktion av kurvor för andra oljor om två temperaturer är kända.<br />
Grumlings - lägsta flyt- och stelningstemperatur. Mineraloljor övergår gradvis från flytande till fast form till<br />
skillnad från andra vätskor, t ex vatten, som har en bestämd stelningspunkt.<br />
När olja nedkyls blir den vid en viss temperatur grumlig på grund av att paraffinkristaller utfälls, vaxbildning -<br />
denna temperatur kallas grumlingstemperatur. Fortsätter nedkylningen pas<strong>se</strong>ras den temperatur vid vilken<br />
oljan flyter, vilken kallas lägsta flyttemperaturen. 3°C under denna temperatur upphör oljan att flyta =<br />
stelningspunkten.<br />
På grund av vaxbildningen an<strong>se</strong>s det att mineraloljor är hanterbara genom pumpning först vid en temperatur av<br />
10°C över lägsta flytemperaturen.<br />
I synnerhet vid pumpning av trögflytande - högviskösa - oljor, som har sin stelningspunkt nära eller över<br />
omgivningstemperatur, t ex utomhusanläggningar, måste lägsta flyttemperatur beaktas och anläggningen utföras<br />
så att ledningar , och pump kan värmas. Ej värmda ledningar måste kunna tömmas för att undvika proppbildning<br />
om pumpavbrott inträffar vid omgivnings- temperatur under lägsta flyttemperatur.<br />
Lågsvavliga eldningsoljor har högre lägsta flyttemperatur än högsvavliga eldningsoljor.<br />
Sammansatta petroleumprodukter t.ex. bensin har ett ångtrycksområde, där den lättflyktigaste komponenten är<br />
bestämmande. Detta förhållande påverkar beräkningen av NPSHerf. för pumpen.<br />
Mineraloljor klassificeras som brandfarliga varor enligt avsnitt 10.6.<br />
Kvalitetsindelning:<br />
Eldningsoljor. Eo. visk-tempdiagram figur 10.11 15 54 03<br />
Normalsvavlig Eo SIS 15 54 03.<br />
Lågsvavlig Eo SIS 15 54 04.<br />
Motoroljor enligt SAE systemet har utarbetats i Amerika och fastställts 1926 av Society of Automotive<br />
Engineers (SAE). Ett lägre nummer i SAE-<strong>se</strong>rien betyder att en olja är tunnare och bokstaven W efter numret<br />
anger att oljan är lämplig för vinterbruk. SAE-systemet tillämpas internationellt<br />
Motoroljor visk.-tempdiagram Figur 10.12<br />
SAE 5 W - 20W, SAE 30 - SAE 50<br />
Växellåds-transmissionsoljor visk-tempdiagram fig 10.13<br />
SAE 75W-140<br />
Industrioljor visk-tempdiagram Figur 10.14.<br />
Internationell Organisation for Standardisation (ISO) har utvecklat ett system för viskositetsklassificering av<br />
smöroljor för industriellt bruk. Systemet består av 18 viskositetsklas<strong>se</strong>r angivna i cSt vid 40°C. Varje<br />
viskositetsklass identifieras av ett ISO VG (viscosity grade) nummer, som i huvudsak sammanfaller med<br />
mittvärdet enligt tabell 10.5.<br />
237
Tabell 10.5 Viskositetsklas<strong>se</strong>r enl. ISO 3448/SIS 15 54 41<br />
Klassningssystemet har speciella fördelar<br />
• ISO VG numret ger en upplysning om oljans viskositet.<br />
• ISO 3448 har fullt stöd från tomgivande nationella standardi<strong>se</strong>ringsorganisationer såsom ASTM, DIN,<br />
BS, JIS och förväntas därför bli tillämpat internationellt. Det blir härigenom enklare att jämföra oljors<br />
viskositet med maskintillverkares specifikationer.<br />
• ISO 3448 har även fastställts som Svensk Standard (SIS 155441).<br />
10.8 VÄTSKEEGENSKAPER – KOMMENTARER TILL TABELLVERK<br />
Ett lyckat resultat vid transport av vätskor förutsätter både rätt dimensionering av anläggningen och rätt val av<br />
pumputrustning. Vätskors olika egenskaper måste därvid kännas och utgör indata vid dimensionering och val. I<br />
avsnitt 10.9 anges de för pumpning nödvändiga vätskeegenskaperna. Dessa är angivna med den noggrannhet,<br />
som i specialfall kan behövas för dimensionering av annan processutrustning. Vätskeuppgifterna är angivna i<br />
tabellform ordnade alfabetiskt efter de olika ämnenas namn och inleds med en förteckning över handelsnamn,<br />
samt kompletterande diagram i de fall, där temperatur eller koncentration, har stor inverkan.<br />
Vätsketabellerna upptar följande storheter:<br />
• Ämne. Efter ämnesbenämningen markerar en bokstav "V" eller "G", vådlighet eller giftighet enl<br />
Produktkontrollnämndens och Giftnämndens vägledande förteckningar, (PKFS 1975:1, 1975:2, SNV<br />
PM 549)<br />
• Kemisk formel för identifiering av ett ämne. l praktiken kan ju ett ämne dessvärre inte hänföras till en<br />
enhetlig formel på grund av föroreningar. Sämsta pumpning<strong>se</strong>genskaperna har sådana föroreningar,<br />
som är olösliga resp osmältbara. De ger ofta besvärande slitage på pumpar och axeltätningar.<br />
• Viskositet är angiven i mm 2 /s (cSt) vid + 20°C. Viskositet under 5 mm 2 /s, innebär så lättflytande<br />
vätskor att en närmare angivel<strong>se</strong> ej är av intres<strong>se</strong> för pumpval. Hänvisning finns även till diagram, som<br />
visar viskositetens temperaturberoende. Viskositeten kommer även till användning vid bestämning av<br />
rörfriktionsförluster. Dessa beror i första hand på om laminär eller turbulent strömning förekommer. I<br />
laminära området är rörfriktionsförlusten proportionell mot viskositeten, medan dennas inverkan i det<br />
turbulenta området kan försummas vid i praktiken förekommande rörskrovligheter.<br />
• Ångtryck (absolut tryck)anges i Kilopascal (kPa) vid + 20°C. Hänvisning finns till kurvor i figur 10.17,<br />
som anger ångtryckets temperaturberoende. Ob<strong>se</strong>rvera att kokpunkten vid atmosfärstryck (101,3 kPa =<br />
238
760 mm Hg) ger ytterligare en punkt på ångtryckskurvan. Kurvorna i figur 10.17 är schematiskt<br />
framställda och kan därför ge vissa differen<strong>se</strong>r från de absoluta värdena. Detta gäller speciellt<br />
vattenlösningar - kurva 13. Alla hänvisningar till denna kurva av<strong>se</strong>r kemikalier i vattenlösning.<br />
Vätsketryck i närheten av ångtrycket vid aktuell vätsketemperatur kan medföra kavitation i en pump.<br />
Vid liten tryckskillnad till ångtrycket uttrycks skillnaden lämpligen i meter vätskepelare.*<br />
• Koncentration i H2O dvs ämnets koncentration i vatten uttryckt i viktsprocent. Därigenom kan<br />
riktvärden ges på övriga egenskaper för dessa lösningar.<br />
Se vidare avsnitt 3.5<br />
• Densitet anges i kg/m 3 vid + 25°C. För andra komponenter och koncentrationer finns hänvisning till<br />
olika figurer och tabeller. Densiteten används bl a för omräkning av tryck till tryckhöjd och för<br />
beräkning av en pumps effektbehov.pH-områden uttrycker surhet eller alkalitet och har grupperats inom<br />
pH-områden 0-4, 4-6, 6-9 och 9-14. Denna gruppindelning har gjorts för att underlätta val av material i<br />
pumpar och pH-områdena överensstämmer med vanligen använda pumpmaterials korrosionsbeständighet.<br />
• Smältpunkt i °C. Ob<strong>se</strong>rvera att många föroreningar sakta börjar att brytas ned vid temperaturer strax<br />
över smältpunkten, vilket kan inverka menligt på pumpfunktionen.<br />
• Brandklass uttryckt enl Svensk Författningssamling.<br />
Förteckning över diagram och tabeller i anslutning till vätsketabellerna<br />
Viskositet Densitet<br />
Figur 10.11 Eldningsoljir Eo1, Eo2, E03<br />
Figur 10.12 Motoroljor SAE 5W-50<br />
Figur 10.13 Växellådsoljor SAE 75W-140<br />
Figur 10.14 Industrioljor ISO VG2-VG 1500<br />
Figur 10.15 Alkyder<br />
Figur 10.16 Svartlut<br />
Ångtryck<br />
Figur 10.17 Ångtryckskurvor för olika vätskor<br />
239<br />
Tabell 10.10 Densitetens beroende av temperaturen<br />
för olika vätskor<br />
Figur 10.18 Densitetens beroende av<br />
koncentrationen för olika ba<strong>se</strong>r<br />
Figur 10.19 För olika syror<br />
Figur 10.20 För olika salter<br />
Figur 10.21 För olika salter
240
10.9 VÄTSKETABELLER<br />
241
242
243
244
245
246
Figur 10.11 Viskositets – temperaturdiagram för eldningsoljor<br />
247
Figur 10.12 Viskositets – temperaturdiagram för motoroljor SAE 5W-SAE50<br />
248
Figur 10.13 Viskositets – temperaturdiagram för växellådsoljor SAE 75W - 140<br />
249
Figur 10.14 Viskositets – temperaturdiagram för industrioljor enl ISO 3448, SIS 155441<br />
250
Figur 10.15 Viskositet för alkyder vid olika temperaturer. Tixotropa alkyder är lika vanliga alkyder över 60°C och gel under 60°C.<br />
251
Figur 10.16 Viskositets – temperaturdiagram för svartlut vid olika torrsubstanshalt (källa „Recovery of Pulping Chemicals,<br />
1968*.)<br />
252
Figur 10.17 Ångtrycksdiagram i vätsketabellen hänvisas för resp. vätska till ångtryckskurvorna numrerade från 1-27 (källa<br />
flexibox)<br />
253
Tabell 10.10 Densitet (kg/m 3 ) för vätskor vid olika temperaturer ( o C). Understrukna värden gäller för fast fas<br />
254
Figur 10.18 Densitetens beroende av koncentrationen för olika ba<strong>se</strong>r.<br />
255
Figur 10.19 Densitetens beroende av koncentrationen för olika syror.<br />
256
Figur 10.20 Densitetens beroende av koncentrationen för olika salter.<br />
257
Figur 10.21 Densitetens beroende av koncentrationen för olika salter.<br />
258