Ing. Marco BarbieriGenova - 28 giugno 2017

I° Forum Nazionale sui ‘’fumi’’ delle navi

Emissioni fumose da vettori navali Ro/Ro: messa a punto del sistema di misura

e risultati della sperimentazione triennale

Finalità

Attività di campionamento a

bordo nave

Raccolta polverial fumaiolo

Determinazione di O2 CO CO2 NOx SO2

COT al fumaiolo

Determinazione di portata,

temperatura, umidità emissione al

fumaiolo

Determinazione portata,

temperatura, umidità emissione al

fumaiolo

Determinazione di NOx al fumaiolo

Portata fuel e numero giri a regime

SFOC (consumo specifico

di FUEL)

Valutazione rispetto limite di emissione

NOx (MARPOL)

Linea di campionamento

campionatore

TCR ISOSTACK

frigo

campionatore

TCR ISOSTACK

LEGENDA:

_____ connessione termocoppia

_____ connessione pitot

_____ prelievo gas campione

_____ flusso dati

frigo

analizzatore

HORIBA

analizzatore

HORIBA

PC

analizzatore

RATFISH

gruppo elettrogeno

220 V - 50 Hz

analizzatore

RATFISH

analizzatore

RATFISH

analizzatore

RATFISH analizzatore

RATFISH

analizzatore

RATFISH

analizzatore

RATFISH

sonda termocoppia

sonda Pitot S

ugello di prelievo

sonda riscaldata

Allestimento strumentazione

Allestimento strumentazione

Materiali e metodi

Ugello: 8 mmSistemi filtranti in fibra di quarzo in geometria a disco e a ditale Temperatura di pre-condizionamento: 550 °CTemperatura di post-condizionamento: 160 °C

Sistema di deumidificazione: serpentina fredda e stadio a gel di siliceCondizioni di isocinetismo: < 20 l/min (in manovra)

20 < l/min < 35 (a regime)

Caratteristiche effluente gassoso

Temperatura fumi: 360 - 410 °C

Umidità fumi: 10-12%

Depressione fumi: 10 mm H2O

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)

Caratteristiche delle navi monitorate

Dati base unità navale Moby - OttaAnno di varo: 1975Stazza lorda: 22528 tonnPropulsione: n° 4 motori Pielstick 12VPC3 diesel –n° 2 assi Potenza complessiva: 33538 kWNumero cilindri (singolo motore) = 12

Dati base unità navale Tirrenia - NuraghesAnno di varo: 2004Stazza lorda: 39780 tonnPropulsione: n° 4 motori Wartsila 12V46C diesel – n°2 assi Potenza complessiva: 51360 kWNumero cilindri (singolo motore) = 16

Dati base unità navale G.N.V. - La SuperbaAnno di varo: 2001Stazza lorda: 49257 tonnPropulsione: n° 4 motori Wartsila 16V46C diesel – n° 2 assi Potenza complessiva: 67200 kWCorsa pistone = 580 mmAlesaggio = 460 mmNumero cilindri (singolo motore) = 16

Campagne monitoraggio

Armatore Nave Motore Data Tratta Note

Moby Ottan°2 asse dx 8-9-10/07/2014 Genova-Olbia

n°2 asse dx n°3 asse sx 10-11-12/06/2017 Genova-Olbia

Tirrenia Nuraghesn° 2 asse sx n°4 asse dx

17-18-19/05/2016 Genova-P.Torres

Impossibile campionare i due motori contemporaneamente per problemi all'impianto elettrico di bordo

GNV La Superba

n° 1 asse sx 26-27-28/05/2014 Genova-PalermoFiltri a ditale: per il cambio inserimento sonda a motore spento

n° 1 asse sx 23-24-25/09/2014 Filtri piani fuori del fumaiolo

n°1 asse sx n°4 asse dx

20-21-22/09/2016 Campionamento simultaneo

n°1 asse sx n°4 asse dx

29-30-31/0572017 Campionamento simultaneo

Problematiche

Alcuni risultati

0

100

200

300

400

500

tem

pe

ratu

ra (

°C)

progressivo temporale0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

po

rtat

a (m

3/h

)progressivo temporale

Andamento temporale temperatura e portata

Alcuni risultati

0

5

10

15

20

25

con

cen

traz

ion

i (%

vo

l)

progressivo temporale

O2 sx

CO2 sx

O2 dx

CO2 dx

Andamento temporale di O2 e CO2

Alcuni risultati

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

con

cen

traz

ion

i (p

pm

vo

l)

progressivo temporale

CO sx

Nox sx

SO2 sx

COT sx

CO dx

Nox dx

SOx dx

COT dx

Andamento temporale di CO, NOx , SO2 e COT

Alcuni risultati

Andamento temporale delle concentrazioni

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).

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).

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)

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)

O2 (13 ± 2*) %vol

CO2 (7 ± 2*) %vol 140 g/Nm3

CO (750 ± 950*) ppm vol 940 mg/Nm3

NOx (1100 ± 200*) ppm vol 2300 mg/Nm3 (come NO2)

SO2 (190 ± 70*) ppm vol 540 mg/Nm3

(*) – deviazione standard dei valori campionati

Tab. 1.C2 – Valori concentrazioni all’uscita dal Porto di Genova (primi 10 min di navigazione in mare aperto)

O2 (11 ± 2*) %vol

CO2 (9 ± 1*) %vol 180 g/Nm3

CO (700 ± 600*) ppm vol 870 mg/Nm3

NOx (1400 ± 90*) ppm vol 2800 mg/Nm3 (come NO2)

SO2 (270 ± 40*) ppm vol 770 mg/Nm3

(*) – deviazione standard dei valori campionati

O2 (11.7 ± 0.1*) %vol

CO2 (7.76 ± 0.02*) %vol 150 g/Nm3

CO (120 ± 2*) ppm vol 150 mg/Nm3

NOx (1420 ± 5*) ppm vol 2900 mg/Nm3 (come NO2)

SO2 (210 ± 7*) ppm vol 600 mg/Nm3

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

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)

Alcuni risultati

Caratterizzazione linee di flusso

Raccolta polveri al fumaiolo

Raccolta polveri a fumaiolo

Analisi morfologica ed elementale al SEM

Quantificazione metalli con assorbimento atomico

Quantificazione particolato emesso

Primi risultati

In manovra:

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

Quantificazione particolato

Primi risultati

Temp. Umidità Δ polveri Vol. Campionato Portata Secca Polveri Note

°C % g l Nm3/h mg/Nm3 kg/h Kg in 20'

295 6 0,0167 0,384 41000 58 2,4 0,8 Navigazione

sx 256 7,6 0,0722 0,215 20660 365 7,5 2,5 Uscita da Ge -Manovra

dx 256 5,4 0,0357 0,283 20660 138 2,9 1

sx 333 4,9 0,0658 0,5227 49500 137 6,8 2,3Navigazione

dx 348 4,3 0,0486 0,509 51300 104 5,3 1,8

sx 303 6 0,055 0,464 21200 129 2,7 0,9 Ingresso a Ge -Manovra

dx 308 6 0,0177 0,406 9600 52 0,5 0,2

sx 310 11 0,018 0,024 15000 419 6,1 2In arrivo ad altro porto

dx 157 11 0,031 0,152 9000 222 2 0,7In uscita da altro porto -Manovra

Immagini SEM

Immagini SEM

Analisi quantitativa metalli

Concentrazioni metalli nel

particolato (mg/m3)

fumaiolo asse sinistro

Concentrazioni metalli nel

particolato (mg/m3)

fumaiolo asse destro

in+out Pa GEPa in GE out GE in+out Pa GEPa in GE out GE

As 2.2 1.1 1.6 1.9 As 2.3 1.5 2.6 4.1

Hg 0.000 0.000 0.000 0.005 Hg 0.000 0.000 0.000 0.009

Cd 0.2 0.1 0.0 0.2 Cd 0.0 0.0 0.0 0.2

Cr 38 29 19 39 Cr 34 16 10 25

Fe 407 382 284 500 Fe 470 230 162 321

Ni 467 436 323 535 Ni 520 257 171 406

Cu 36 29 21 38 Cu 37 18 13 27

V 391 317 263 371 V 380 189 135 279

Al 208 149 116 191 Al 195 90 62 145

Pb 5 4 3 6 Pb 6 3 3 5

Valutazione limite NOx

NOx Technical Code

3 procedure di controlloemissione di NOx

Engine parameter check method

Direct Measurement and Monitoring method

Simplified Measurement method

Valutazione limite NOx

ANNEX VI (19 Maggio 2005 – per tutte le navi varate dopo il 01/01/2000)

Limite di emissione NOx:

rpm130nperkWh

g17.0

rpm2000n130perkWh

gn45 0.2

rpm2000nperkWh

g9.8

dove n è il numero di giri del motore al minuto

Andamento del limite di NOx

Valutazione rispetto limite NOx

Test Cycle Type E2

Speed 100% 100% 100% 100%

Power 100% 75% 50% 25%

Weighting factor 0,2 0,5 0,15 0,15

Test cycle for “Constant-speed main propulsion” application

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

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

Conclusioni

GRAZIE PER L’ATTENZIONE