CN107389880A - 一种船舶尾气移动监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶尾气移动监测方法，通过调整监测船相对于被监测船舶的航行方向，使监测船能够穿过被监测船舶的尾气带，以利用设置在监测船上的空气质量连续监测系统对被监测船舶的排放的尾气进行取样，并获取尾气中的CO2和污染气体X的浓度，接着基于油耗的排放因子计算被监测船舶的排放尾气中的污染气体X排放因子并与现行规定的船舶尾气排放标准进行对比，确定被监测船舶是否存在尾气排放超标的嫌疑；该船舶尾气移动监测方法适用于大江大河开阔水域，为我国船舶排放控制区内的船舶尾气监管提供高效手段，提高靠港船舶检查的针对性，提高效率，极大地降低了盲目检查造成的人力、财力的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及船舶尾气监测技术领域，特别涉及一种船舶尾气移动监测方法。
背景技术
近年来越来越多的监测结果表明，船舶尾气对沿海城市空气污染的贡献很大，甚至是主要贡献者。然而，有别于汽车尾气监测，船舶尾气监测存在登船难、登烟囱难的问题，尤其是在大江大海这样的开阔水域中。目前仅能在船舶靠港停泊时登船监测，且效率十分低下。如何能够在开阔水域不登船就监测船舶尾气，是船舶排放控制区内船舶尾气监管的必要技术条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在不登船情况下即可对船舶尾气实现监测的船舶尾气移动监测方法。
为此，本发明技术方案如下：
选择本身就需要长期在海上管辖水域负责海事监管、海上救援、海上突发事件处理等事务的海事巡逻船作为实现该方法的监测船对该方法进行实施。但是，由于相对于吨位至少超过万吨的沿海和远洋船舶，海事巡逻船吨位小，船高低，而被监测船舶的尾气由于初始温度较高，具有在离开烟囱后先上升，而后受风力控制扩散稀释的排散特点，因此，在调整监测船的航行方向的同时，还需要对监测船进行改造，即配置相应的测量仪器以对被监测船舶的尾气进行检测。
具体地，该船舶尾气移动监测方法涉及的具体步骤如下：
S1、根据船舶尾气监测活动开展的区域和时段的实时风向，调整监测船相对于被监测船舶的航行方向，使监测船能够穿过被监测船舶的尾气带；
其中，监测船的航行方向调整方式如下：当无风或者风向与航向一致时，监测船的航行方向与被监测船舶的航行方向相互交叉；当有风且风向与航向不一致时，监测船的航行方向与被监测船舶的航行方向平行或监测船相对于被监测船舶行驶。进一步地，
1)当无风或者风向与航向一致时，被测船舶的尾气向后扩散，为了保证监测船能够穿过尾气带，监测船的航行方向与被监测船舶的航行方向优选为以相互垂直的方向航行；
2)当有风且风向与航向不一致时，被测船舶的尾气侧向扩散，监测船在下风向位置，与被测船平行相伴或者相对行驶即可；由于距离太近则影响航行安全，太远则尾气浓度过低影响监测结果，因此，监测船与被监测船舶之间的水平距离优选为200～400米；
S2、在监测船驶入被监测船舶的尾气带的过程中，利用设置在监测船上的空气质量连续监测系统对被监测船舶的排放的尾气进行取样，并获取尾气中的CO2和污染气体X的浓度；
其中，对监测船的改造及仪器安装包括在监测船甲板上设置可伸缩桅杆，在甲板或驾驶舱内设置空气质量连续监测系统；其中，
所述可伸缩桅杆的伸缩长度能够满足桅杆顶端与被监测船舶的烟囱顶端之间的高度差≤20m。在监测船驶近被测船舶的过程中，通过操控自动伸缩桅杆的伸缩高度以提高空气采样高度；
所述空气质量连续监测系统包括二氧化硫分析仪和二氧化碳分析仪，且两台分析仪上设有加长进气管，使所述长进气管的另一端能够延伸并固定在所述可伸缩桅杆的顶端；
S3、基于油耗的排放因子计算被监测船舶的排放尾气中的污染物排放量；
被监测船舶之间存在功率、燃油品质等差异，但是均共有一个相同的特征：即燃油中的碳含量很稳定，约为87％；因此，燃油中的碳元素经过燃烧后，绝大多数生成CO2。虽然船舶尾气中各种污染物的浓度在扩散过程中不断降低，但是由于CO2浓度也在等比例降低，因此可以通过等比例缩放反推得到烟囱口的污染物排放。被测船舶的单位油耗的污染物排放量(基于油耗的排放因子EF)，可以通过在下风向监测尾气浓度而计算获得，结果不受尾气扩散稀释过程影响；
具体地，污染物排放量的计算公式为：EFx＝Δ浓度x/Δ浓度CO2×Mx×72.5；
其中，X是船舶尾气中某种污染气体的名称，EFx为每kg燃油燃烧排放出的气体X的质量(g)，Δ浓度x是污染气体X浓度与背景浓度的差值，Δ浓度CO2是尾气中CO2浓度与背景CO2浓度的差值，Mx是气体X的分子量；
S4、根据被监测船舶尾气计算出的排放因子与现行规定的船舶尾气排放标准进行对比以确定被监测船舶是否存在尾气排放超标的嫌疑。
由于被监测船舶尾气在由监测船的空气质量连续监测系统进行采集时，尾气浓度在采集过程中不是均匀分布在上空的，因此，仪器采集测算出的尾气浓度会存在一定范围内的波动。在后续的步骤S3的计算过程中，对浓度的处理可以采用取平均值的方式，也可以采用取浓度最大值的方式，算得Δ浓度x和Δ浓度CO2的值。当然，由于数据采集过程中存在的浓度波动情况导致计算结果EFx与被监测船舶的实际的污染气体排放因子存在不高于15％的误差，因此，在实际对被监测船舶进行排查时，当被监测船舶尾气的污染气体X的排放因子超过国家制定的标准值15％以上时，确定被监测船舶存在尾气排放超标的嫌疑。
该船舶尾气移动监测方法适用于大江大河开阔水域，通过直接利用并对日常进行巡视工作的海事巡逻船进行监测仪器安装改造后即实现监测过往船舶尾气排放是否超标的目的，为我国船舶排放控制区内的船舶尾气监管提供高效手段，提高靠港船舶检查的针对性，提高效率，极大地降低了盲目检查造成的人力、财力的浪费。
附图说明
图1为本发明的船舶尾气移动监测方法的流程示意图；
图2为本发明的船舶尾气移动监测方法步骤S1中根据实时风向涉及的监测船相对于被监测船的两种航行方向的示意图；
图3为本发明实施例中选装的自动伸缩杆的结构示意图；
图4为本发明实施例中监测船位于监测航道的示意图；
图5为本发明实施例中监测船采集的两艘被监测船舶尾气得到的尾气浓度监测曲线(包括SO2和CO2两种气体)。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
首先，监测船在航行前进行相应改造和仪器安装：在某艘海事巡逻船的甲板上安装相应的监测系统。该监测系统包括固定在甲板上的可伸缩桅杆和同样设置在甲板上的空气质量连续监测系统。
其中，固定在甲板上的可伸缩桅杆为购买自南京雪典科技有限公司生产的型号为TX12-320-3800-32000的自动伸缩杆；该自动伸缩杆以气缸为核心，相当于一个多节气缸，通过向气缸内打气和放气实现伸缩杆的伸和缩动作，其全部伸展后的总高度为32米，全部收缩后的总高度为3.8米，自重约500公斤，抗风拉绳布置有四道，使其满足抗8级风的需求。
空气质量连续监测系统包括SO2分析仪和CO2分析仪，SO2分析仪采用市售的Thermo43i-TLE二氧化硫分析仪和CO2分析仪采用市售的LI-COR LI820二氧化碳分析仪。其中，将与SO2分析仪和CO2分析仪的进样口连通的采样管经过加工为一条具有两个分支管的总管，同时进行加长定制，使其一端的两个分支管分别与SO2分析仪和CO2分析仪的进样口连通、另一端绑定在自动伸缩杆的顶端的固定环上，用于伸入尾气带进行尾气采样。自动伸缩杆和空气质量连续监测系统均采用驾驶舱的220V交流电实现电力供应。
上述仪器安装完成后即可将该海事巡逻船驶入航道进行日常监测活动。
将该海事巡逻船驶入天津港海域的某条航线上并利用该船舶尾气移动监测方法对某次船舶尾气进行实际监测。如图4所示，进行监测的航线位于天津港主航道上，该航道呈东西走向，监测活动当天天气条件为北风3～4级。因此，监测船停泊于航道南侧的“监测点位”，守株待兔等待被监测船舶从位于上风向的航道经过。监测期间共计有两艘船舶经过，经过监测船附近时在风向上的距离分别约270米和380米；空气质量连续监测系统呈现的监测曲线显示成功测得两艘船舶的尾气，即形成了两次CO2和SO2浓度波峰，而位于浓度波峰两侧的低谷处对应的浓度数值即可认为为CO2和SO2环境背景浓度。
分别对两艘船舶的尾气进行基于物料平衡的排放因子估算。如图5所示，第一艘船舶的尾气监测时间是17:27-17:33，第二艘船舶的尾气监测时间是18:01-18:06。由于尾气浓度波动较大，分别对CO2和SO2的浓度取平均值：第一艘船的尾气CO2和SO2浓度分别是397.93ppm和8.94ppb，第二艘船的尾气CO2和SO2浓度分别是396.38ppm和9.59ppb；背景CO2和SO2浓度分别是395.5ppm和3.05ppb；SO2的分子量是64；因此，根据公式计算出第一艘船和第二艘船的SO2排放因子EFso2分别是10.61g/kg和44.47g/kg。
根据上述计算结果对两艘船的尾气是否存在超标排放的情况进行进一步确定。由于我国的船舶尾气排放控制区政策目前仅监管靠泊船舶的尾气排放，而2019年后将推广至排放控制区内的所有水域。以我国目前规定的2019年后的要求来看，EFso2应低于10g/kg。据此，第一艘船舶的SO2排放略超过排放限值，但超限＜10％，处于误差范围允许内，因此，第一艘船舶的SO2排放量视为不超标；第二艘船舶的SO2排放远远超出排放限值三倍以上，存在重大超标排放嫌疑，应上报当地海事局在该船靠港后登船检查。
其中，由于在海域上航行的所有船舶的AIS信息均可以通过AIS数据接收天线或通过船讯网进行获取，因此，监测船可以根据监测仪器监测到尾气排放的时间对第二艘船舶的AIS信息进行获取记录后连同本次尾气监测的监测时间和结构一并提交给目的港口的海事局进行船舶靠港后的针对性检查。
综上所述，该船舶尾气移动监测方法让监测开阔水域在航船舶的尾气是否超标成为可能，其应用在我国沿海(尤其是三个排放控制区)航运密集的航道上定期巡逻，并监测过往船舶的船舶尾气排放，可以实现威慑并减少船舶污染物排放的目的，有效提高靠港船舶检查的针对性和检查效率，极大地降低了盲目检查造成的人力、财力的浪费。
Claims (5)
1.一种船舶尾气移动监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据船舶尾气监测活动开展的区域和时段的实时风向，调整监测船相对于被监测船舶的航行方向，使监测船能够穿过被监测船舶的尾气带；
S2、在监测船驶入被监测船舶的尾气带的过程中，利用设置在监测船上的空气质量连续监测系统对被监测船舶的排放的尾气进行取样，并获取尾气中的CO2和污染气体X的浓度；
S3、基于油耗的排放因子计算被监测船舶的排放尾气中的污染物排放量，计算公式为：EFx＝Δ浓度x/Δ浓度CO2×Mx×72.5；其中，X是船舶尾气中某种污染气体的名称，EFx为每kg燃油燃烧排放出的气体X的质量(g)，Δ浓度x是污染气体X浓度与背景浓度的差值，Δ浓度CO2是尾气中CO2浓度与背景CO2浓度的差值，Mx是气体X的分子量；
S4、根据被监测船舶尾气计算出的排放因子与现行规定的船舶尾气排放标准进行对比以确定被监测船舶是否存在尾气排放超标的嫌疑。
2.根据权利要求1所述的船舶尾气移动监测方法，其特征在于，步骤S1中，监测船的航行方向调整方式如下：当无风或者风向与航向一致时，监测船的航行方向与被监测船舶的航行方向相互交叉；当有风且风向与航向不一致时，监测船的航行方向与被监测船舶的航行方向平行或监测船相对于被监测船舶行驶。
3.根据权利要求2所述的船舶尾气移动监测方法，其特征在于，当无风或者风向与航向一致时，监测船的航行方向与被监测船舶的航行方向相互垂直。
4.根据权利要求2所述的船舶尾气移动监测方法，其特征在于，当有风且风向与航向不一致时，监测船与被监测船舶之间的水平距离为200～400米。
5.根据权利要求1所述的船舶尾气移动监测方法，其特征在于，步骤S2中，所述监测系统包括设置在监测船甲板上的可伸缩桅杆和设置在甲板或驾驶舱内的空气质量连续监测系统；所述可伸缩桅杆的伸缩长度能够满足桅杆顶端与被监测船舶的烟囱顶端之间的高度差≤20m；所述空气质量连续监测系统包括二氧化硫分析仪和二氧化碳分析仪，且两台分析仪上设有加长进气管，使所述长进气管的另一端能够延伸并固定在所述可伸缩桅杆的顶端。
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