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