Emissioni fumose da vettori navali Ro/Ro: messa a punto del sistema di misura e risultati della sperimentazione triennale

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1 Emissioni fumose da vettori navali Ro/Ro: messa a punto del sistema di misura e risultati della sperimentazione triennale Ing. Marco Barbieri Genova - 28 giugno 2017 I Forum Nazionale sui fumi delle navi

2 Finalità Determinazione di portata, temperatura, umidità emissione al fumaiolo Determinazione di O 2 CO CO 2 NOx SO 2 COT al fumaiolo Raccolta polveri al fumaiolo Attività di campionamento a bordo nave

3 Portata fuel e numero giri a regime SFOC (consumo specifico di FUEL) Valutazione rispetto limite di emissione NOx (MARPOL) Determinazione di NOx al fumaiolo Determinazione portata, temperatura, umidità emissione al fumaiolo

4 Linea di campionamento LEGENDA: sonda riscaldata sonda termocoppia sonda Pitot S ugello di prelievo connessione termocoppia connessione pitot prelievo gas campione flusso dati frigo campionatore TCR ISOSTACK campionatore TCR ISOSTACK frigo analizzatore HORIBA analizzatore HORIBA analizzatore RATFISH PC

5 Allestimento strumentazione

6 Allestimento strumentazione

7 Materiali e metodi Ugello: 8 mm Sistemi filtranti in fibra di quarzo in geometria a disco e a ditale Temperatura di pre-condizionamento: 550 C Temperatura di post-condizionamento: 160 C Sistema di deumidificazione: serpentina fredda e stadio a gel di silice Condizioni di isocinetismo: < 20 l/min (in manovra) 20 < l/min < 35 (a regime)

8 Caratteristiche effluente gassoso Temperatura fumi: C Umidità fumi: 10-12% Depressione fumi: 10 mm H 2 O

9 Caratteristiche del fumaiolo Diametro fumaioli: La Superba 135 cm (più affondamenti 10 < p <26 mm H2O) Otta 120 cm (affondamendo a 25 cm dal centro) Nuraghes 100 cm (affondamento a 20 cm dal centro)

10 Caratteristiche delle navi monitorate Dati base unità navale Moby - Otta Anno di varo: 1975 Stazza lorda: tonn Propulsione: n 4 motori Pielstick 12VPC3 diesel n 2 assi Potenza complessiva: kw Numero cilindri (singolo motore) = 12 Dati base unità navale Tirrenia - Nuraghes Anno di varo: 2004 Stazza lorda: tonn Propulsione: n 4 motori Wartsila 12V46C diesel n 2 assi Potenza complessiva: kw Numero cilindri (singolo motore) = 16 Dati base unità navale G.N.V. - La Superba Anno di varo: 2001 Stazza lorda: tonn Propulsione: n 4 motori Wartsila 16V46C diesel n 2 assi Potenza complessiva: kw Corsa pistone = 580 mm Alesaggio = 460 mm Numero cilindri (singolo motore) = 16

11 Campagne monitoraggio Armatore Nave Motore Data Tratta Note Moby Otta n 2 asse dx /07/2014 Genova-Olbia n 2 asse dx n 3 asse sx /06/2017 Genova-Olbia Tirrenia Nuraghes n 2 asse sx n 4 asse dx /05/2016 Genova-P.Torres Impossibile campionare i due motori contemporaneamente per problemi all'impianto elettrico di bordo GNV n 1 asse sx /05/2014 Genova-Palermo Filtri a ditale: per il cambio inserimento sonda a motore spento n 1 asse sx /09/2014 Filtri piani fuori del fumaiolo La Superba n 1 asse sx /09/2016 Campionamento simultaneo n 4 asse dx n 1 asse sx n 4 asse dx / Campionamento simultaneo

12 Problematiche

13 temperatura ( C) portata (m3/h) Alcuni risultati Andamento temporale temperatura e portata progressivo temporale 0 progressivo temporale

14 concentrazioni (% vol) Alcuni risultati 25 Andamento temporale di O 2 e CO O2 sx CO2 sx O2 dx CO2 dx 5 0 progressivo temporale

15 concentrazioni (ppm vol) Alcuni risultati Andamento temporale di CO, NO x, SO 2 e COT CO sx Nox sx SO2 sx COT sx CO dx Nox dx SOx dx COT dx 0 progressivo temporale

16 Alcuni risultati Andamento temporale delle concentrazioni secche di Ossigeno e biossido di Carbonio dalle ore 21:21 alle ore 23:46 del 10 giugno 2015 (partenza dal Porto di Genova e navigazione). Andamento temporale delle concentrazioni secche di monossido di Carbonio, ossidi di Azoto, biossido di Zolfo, Carbonio organico totale dalle ore 21:21 alle ore 23:46 del 10 giugno 2015 (partenza dal Porto di Genova e navigazione).

17 Alcuni risultati Fig. 1.C2 Andamento temporale delle concentrazioni secche di Ossigeno e biossido di Carbonio dalle ore 23:02 del 23 settembre alle ore 0:14 del 24 settembre (partenza dal Porto di Genova e navigazione) Fig. 1.C3 Andamento temporale delle concentrazioni secche di monossido di Carbonio, ossidi di Azoto, biossido di Zolfo, Carbonio organico totale dalle ore 23:02 del 23 settembre alle ore 0:14 del 24 settembre (partenza dal Porto di Genova e navigazione)

18 Alcuni risultati Nelle tabelle 1.C1 e 1.C2 si riassumono i valori medi e deviazioni standard delle concentrazioni riscontrate dall analizzatore rispettivamente durante l uscita dal Porto di Genova (primi venti minuti di funzionamento dei motori) e durante i primi dieci minuti di navigazione in mare aperto. Tab. 1.C1 Valori concentrazioni durante la fase di navigazione nel Porto di Genova (primi 20 min di funzionamento dei motori) O 2 (13 ± 2*) %vol CO 2 (7 ± 2*) %vol 140 g/ Nm 3 CO (750 ± 950*) ppm vol 940 mg/ Nm 3 NO x (1100 ± 200*) ppm vol 2300 mg/ Nm 3 (come NO 2) SO 2 (190 ± 70*) ppm vol 540 mg/ N m 3 (*) deviazione standard dei valori campionati Tab. 1.C2 Valori concentrazioni all uscita dal Porto di Genova (primi 10 min di navigazione in mare aperto) O 2 (11 ± 2*) %vol CO 2 (9 ± 1*) %vol 180 g/ Nm 3 CO (700 ± 600*) ppm vol 870 mg/ Nm 3 NO x (1400 ± 90*) ppm vol 2800 mg/ Nm 3 (come NO 2) SO 2 (270 ± 40*) ppm vol 770 mg/ Nm 3 (*) deviazione standard dei valori campionati

19 Fig. 1.C4 Andamento temporale delle concentrazioni secche di Ossigeno e biossido di Carbonio dalle ore 15:41 alle ore 17:42 del 24 settembre (navigazione) Fig. 1.C5 Andamento temporale delle concentrazioni secche di monossido di Carbonio, ossidi di Azoto, biossido di Zolfo, Carbonio organico totale dalle ore 15:41 alle ore 17:42 del 24 settembre (navigazione) Tab. 1.C3 Valori concentrazioni in condizione di regime (dalle ore 15:41 alle ore 17:52 del 24 settembre) (*) deviazione standard dei valori campionati O 2 (11.7 ± 0.1*) %vol CO 2 (7.76 ± 0.02*) %vol 150 g/ N m 3 CO (120 ± 2*) ppm vol 150 mg/ N m 3 NO x (1420 ± 5*) ppm vol 2900 mg/ N m 3 (come NO 2 ) SO 2 (210 ± 7*) ppm vol 600 mg/ N m 3

20 Alcuni risultati Caratterizzazione linee di flusso

21 Raccolta polveri al fumaiolo Quantificazione particolato emesso Analisi morfologica ed elementale al SEM Quantificazione metalli con assorbimento atomico Raccolta polveri a fumaiolo

22 Primi risultati In manovra: Quantificazione particolato Porto di Genova (durata manovra circa 20 min): 0,5 kg Palermo (durata manovra circa 15 min): 0,4 kg per singolo motore Porto Torres Olbia (durata manovra circa 10 min): 0,4 kg A regime: 2,4 kg per singolo motore

23 Primi risultati Temp. Umidità Δ polveri Vol. Campionato Portata Secca Polveri Note C % g l Nm3/h mg/nm3 kg/h Kg in 20' ,0167 0, ,4 0,8 Navigazione sx 256 7,6 0,0722 0, ,5 2,5 Uscita da Ge - dx 256 5,4 0,0357 0, ,9 Manovra 1 sx 333 4,9 0,0658 0, ,8 2,3 Navigazione dx 348 4,3 0,0486 0, ,3 1,8 sx ,055 0, ,7 0,9 Ingresso a Ge - dx ,0177 0, ,5 Manovra 0,2 sx ,018 0, ,1 2 dx ,031 0, ,7 In arrivo ad altro porto In uscita da altro porto - Manovra

24 Immagini SEM

25 Immagini SEM

26 Analisi quantitativa metalli Concentrazioni metalli nel particolato (mg/m 3 ) fumaiolo asse sinistro Concentrazioni metalli nel particolato (mg/m 3 ) fumaiolo asse destro in+out Pa GE Pa in GE out GE in+out Pa GE Pa in GE out GE As As Hg Hg Cd Cd Cr Cr Fe Fe Ni Ni Cu Cu V V Al Al Pb Pb

27 Valutazione limite NOx NOx Technical Code 3 procedure di controllo emissione di NOx Engine parameter check method Simplified Measurement method Direct Measurement and Monitoring method

28 Valutazione limite NOx ANNEX VI (19 Maggio 2005 per tutte le navi varate dopo il 01/01/2000) Limite di emissione NOx: g 17.0 per n kwh 45 n 0.2 g kwh per g 9.8 per n kwh 130rpm 130 n 2000rpm 2000rpm dove n è il numero di giri del motore al minuto

29 Andamento del limite di NOx

30 Valutazione rispetto limite NOx Test cycle for Constant-speed main propulsion application Test Cycle Type E2 Speed 100% 100% 100% 100% Power 100% 75% 50% 25% Weighting factor 0,2 0,5 0,15 0,15 EMISSIONE NOx CALCOLATA CON METODO DIRETTO Par. 6.4 NTC2008 motore SX A 14,5 ± 1,5 g/kwh R 13,5 ± 1,5 g/kwh motore Dx A 8,6 ± 0,9 g/kwh R 17,5 ± 1,8 g/kwh CON TEST CYCLE E2 limitato alle Potenze del 75 % e del 50 % per esigenze della Compagnia motore SX A/R (75%+50%) 14,4±1,8 g/kwh livello di confidenza 95 % motore DX A/R (75%+50%) 15,1±1,8 g/kwh livello di confidenza 95 % Limite calcolato per motori tra 130 e 2000 rpm con n giri motore nominali LIMITE 12,98 g/kwh

31 Conclusioni Discrepanza tra dati ottenuti applicando il metodo engine parameter check e il metodo della misura diretta Probabile necessità di revisione della norma di controllo degli NOx controlli diretti e periodici

32 GRAZIE PER L ATTENZIONE