CONVENZIONE UNIVERSITARIA “SMART GREEN PORT”

(Contratto del 26/7/2017, durata 4 mesi; prorogato fino al 31/1/2018)

SINTESI DELLA RELAZIONE TECNICA FINALE

Obiettivo C1): valutazione sulle ipotesi di realizzazione di un deposito di stoccaggio in Porto di GNL (D. Lgs. N.257 del 16/12/2016)

PremessaLa presente sintesi si riferisce agli studi e alle indagini svolte nell’ambito delle “Prime analisi di sostenibilità tecnica - Studio di pre-fattibilità – per la realizzazione di un deposito costiero di GNL nel Porto di Napoli”. Il mandato del Committente (l'Autorità di Sistema Portuale del Mar Tirreno Centrale, in sigla AdSP) è stato quello di verificare la fattibilità di massima di un deposito costiero di GNL (Gas Naturale Liquefatto) da localizzare all’interno del bacino portuale, nell’ottica di minimizzare le inevitabili interferenze con le attività di logistica e commerciali già presenti ed operanti nel Porto di Napoli.

Generalità sul GNLIl Gas Naturale Liquefatto (GNL) viene considerato con particolare interesse tra i combustibili alternativi. Il GNL (combustibile a minor impatto ambientale nonché più economico del petrolio), sta attraversando un periodo di crescente diffusione a livello mondiale sia per gli usi industriali che per gli usi domestici; viene ritenuto dagli esperti del settore come un vettore energetico particolarmente competitivo.Gli obiettivi strategici, stabiliti a livello europeo, di perseguire la continuità e la sicurezza della fornitura energetica, unitamente a quelli di riduzione delle emissioni di sostanze dannose in atmosfera, incoraggiano ulteriormente l’utilizzo del GNL quale vettore energetico.La realizzazione di un deposito costiero di GNL è una soluzione caratterizzata da tempi di implementazione relativamente brevi (3-5 anni), buona attrattività e competitività, flessibilità e modularità dell’offerta, possibilità di utilizzo del prodotto direttamente nei trasporti terrestri (trasporto stradale pesante) e marittimi.

La capacità “minima” ai fini dell’ottimizzazione costi/benefici per un singolo deposito costiero di nuova costruzione si aggira intorno ai 10.000 m3, stoccati in un serbatoio criogenico e approvvigionato mediante navi metaniere, di capacità variabile, secondo quanto operante al momento sul mercato.Ovviamente accurate analisi di mercato (domanda/offerta) possono condurre ad una configurazione della “taglia” più conveniente dell’impianto di stoccaggio. In genere, negli impianti di nuova costruzione è buona prassi prevedere eventuali possibilità di sviluppo di mercato e adottare soluzioni in grado di sostenere eventuali aumenti della capacità di accumulo del GNL. La scelta della taglia ottimale è ovviamente frutto di un’analisi di dettaglio a cura dell’Azienda interessata ad implementare il deposito costiero. Analisi tecnico-economiche portano il focus di interesse nella fascia 10.000 – 20.000 m 3 (la taglia maggiore comporta solitamente delle economie di scala riconducibili ad un minor costo per unità di prodotto stoccato).

Il GNL potrà essere distribuito via gomma mediante cisterne criogeniche autotrasportate (verso la rete degli impianti di rifornimento dei carburanti stradali e autostradali), le quali hanno una capacità minima utile di circa 40 m3, o via mare mediante bettoline, di capacità a partire da 1000 m3. La configurazione dell’impianto di stoccaggio può essere “ad isola”, oppure prevedere il collegamento ad una rete esterna (metanodotto e rete di distribuzione gas cittadina).

1

Nel caso del Porto di Napoli è consigliabile un’installazione “ad isola”.

Il Boil Off Gas (BOG), viene naturalmente prodotto dallo scambio termico con l’ambiente esterno sia nei serbatoi che lungo le linee di impianto. Il riscaldamento del GNL porta alla generazione di una frazione che evapora (gassosa): il BOG, nel caso di configurazione ad isola, può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica quale combustibile di motori a combustione interna (o anche re-liquefatto).

La seguente Figura illustra la filiera del GNL nella sua configurazione più ampia.

Nel caso del porto di Napoli sono ipotizzabili, nella fase iniziale, prevalentemente le attività evidenziate in verde, riferibili all’impiego del GNL come combustibile per il trasporto marittimo (tramite bettolina) e per il trasporto pesante su gomma (tramite autocisterna criogenica).

Normalmente si possono individuare le seguenti unità funzionali dell’impianto:

Scarico/carico GNL da/per nave, tramite bracci di carico e tubazioni di collegamento tra deposito e banchina;

Stoccaggio a terra del GNL mediante serbatoi criogenici; Carico autocisterne con una o più rampe di carico (baia di carico); Gestione del BOG con invio del GN alla rete utenze o ai generatori elettrici o alle unità di re-

liquefazione a seconda della configurazione del deposito; Torcia calda per lo smaltimento in sicurezza degli scarichi di GN provenienti da linee di spurgo,

valvole limitatrici di pressione e valvole di protezione termica.

Il GNL è ottenuto dalla liquefazione per raffreddamento a pressione atmosferica del gas naturale. È normalmente costituito per il 95% - 97% da metano, per il resto da altri idrocarburi leggeri tra cui etano, propano e da azoto e altri gas in percentuali variabili a seconda della provenienza del gas. La sua temperatura di ebollizione dipende dalla composizione ed è solitamente compresa tra -166 °C e -157 °C a pressione atmosferica. Viene trasportato a pressione atmosferica in serbatoi criogenici coibentati, al fine di mantenere la temperatura al di sotto della sua temperatura di ebollizione.

2

La liquefazione consente di ridurre i volumi necessari per il trasporto e lo stoccaggio, essendo caratterizzato da un rapporto di espansione pari a circa 600.Il GNL è un liquido infiammabile con campo di infiammabilità in aria a 25 °C tra il 5% e il 15% in volume.

Pre-localizzazione Sulla base di una stretta interazione con il gruppo tecnico di lavoro creato all’interno della Struttura AdSP l’attenzione si è concentrata nell’area che comprende la darsena Petroli e la darsena Pollena. Tale scelta di pre-localizzazione risponde sia a dei requisiti di “omogeneità” merceologica del prodotto GNL (un combustibile alternativo, appunto), sia a dei requisiti di possibilità di sviluppo delle attività connesse allo stoccaggio del GNL. Rispetto ai predetti requisiti, gioca un ruolo fondamentale il profilo complessivo della sicurezza nelle suddette darsene da sviluppare totalmente (al di fuori del perimetro della Convenzione Universitaria).

Vincoli tecnologici relativi alla filiera criogenica di stoccaggio del GNLIl GNL è un prodotto che viene “generato” direttamente presso i giacimenti di estrazione del gas naturale. Dopo l’estrazione del gas, le successive fasi di trattamento (depurazione e liquefazione per raffreddamento), di manipolazione e di trasporto presso le destinazioni di utilizzo finale devono avvenire quindi garantendo il mantenimento di una adeguata temperatura, tipicamente compresa tra circa -160°C e -165°C (filiera criogenica), in funzione della effettiva composizione del GNL.Tale requisito termodinamico è il motivo per il quale è necessario che i depositi costieri di GNL siano realizzati il più possibile in prossimità del ciglio delle banchine (approdi), al fine di ridurre l’estensione delle tubazioni criogeniche (coibentate) di collegamento tra la nave gasiera di rifornimento e il deposito (coibentato) di stoccaggio nel porto.

Un aspetto critico legato allo stoccaggio del GNL è la necessità di garantire il mantenimento della temperatura al di sotto della sua temperatura di ebollizione al fine di ridurne al minimo il regime di evaporazione. Le apparecchiature destinate allo stoccaggio e alla movimentazione del GNL sono pertanto dotate di coibentazione che consente di mantenere sotto controllo lo scambio termico con l’ambiente esterno.Si rende inoltre necessario l’utilizzo di materiali criogenici idonei al funzionamento a basse temperature, per i quali deve essere verificata la resistenza alla frattura fragile nonché al regime di sollecitazioni imposto dai fenomeni di contrazione e dilatazione dovuti alle variazioni di temperatura. Poiché l’acciaio al carbonio a temperature molto basse perde le sue caratteristiche duttili e infragilisce, vengono generalmente utilizzati acciaio inossidabile ed acciaio con il 9% di nichel. I principali materiali utilizzabili a contatto diretto con il GNL sono indicati nella norma UNI EN 1160:1998.

Le categorie di serbatoi contemplate dalla norma UNI EN 1473 (Installazioni ed equipaggiamenti per il gas naturale liquefatto (GNL) - Progettazione delle installazioni di terra) sono le seguenti:

serbatoio cilindrico metallico a contenimento singolo; serbatoio cilindrico a doppio contenimento, contenitore primario metallico e contenitore

secondario metallico o di calcestruzzo; serbatoio cilindrico a contenimento totale, contenitore primario metallico e contenitore secondario

metallico o di calcestruzzo; serbatoio cilindrico di calcestruzzo criogenico, contenitore primario di calcestruzzo e contenitore

secondario di calcestruzzo precompresso; serbatoio sferico.

La tipologia a contenimento totale offre le migliori garanzie di sicurezza, in quanto tale tipo di serbatoio è progettato e costruito in modo che sia il contenitore primario autoportante che il contenitore secondario

3

siano in grado di contenere in modo indipendente il liquido refrigerato immagazzinato. La norma richiede che il contenitore secondario sia in grado non solo di contenere il liquido ma anche di controllare lo sfiato del vapore prodotto da una perdita conseguente ad una rottura del contenimento primario.In accordo a quanto richiesto dalla norma, l’immissione del prodotto in fase liquida avviene nella parte alta del serbatoio ad altezze diverse in funzione della diversa densità e non sono presenti penetrazioni delle pareti e della base del serbatoio. Questo implica l’utilizzo di pompe sommerse per il prelievo del prodotto in fase liquida. Sono inoltre presenti dispositivi per la protezione dalle sovrappressioni sia del serbatoio interno che di quello esterno, i cui sfiati sono convogliati in torcia.È anche evidenziato l’isolamento criogenico, che può essere ottenuto mediante la realizzazione del vuoto nell’interspazio tra i due serbatoi o mediante l’utilizzo di perlite espansa criogenica interposta in detto spazio. La perlite espansa può essere a granulometria fine, media o grossa, con dimensioni variabili tra 0.1 mm e 1 mm per la granulometria fine, fino a dimensioni tra 2 mm e 5 mm per granulometria grossolana.

Vincoli di sicurezzaCome detto in precedenza, nel caso in cui l’entità dello stoccaggio è pari a circa 10.000 m 3, corrispondenti a 4830 tonnellate (considerando una massa volumica pari a 483 kg/m3), lo stabilimento ricadrebbe nel campo di applicazione del D. Lgs. n. 105 del 29 luglio 2015 (Attuazione della direttiva 2012/18/UE relativa al controllo del pericolo di incidenti rilevanti connessi con sostanze pericolose), in quanto supera il limite di soglia di 200 tonnellate (Tab. 1), quale stabilimento di soglia superiore.

È pertanto soggetto alla procedura di cui all’art. 16 del D. Lgs. 105/2015, cioè all’ottenimento del nulla osta di fattibilità prima dell’inizio della costruzione, previa presentazione di un rapporto preliminare di sicurezza, e del parere tecnico conclusivo sul rapporto definitivo di sicurezza, prima dell’inizio dell’attività.

Non essendo stata emanata una normativa specifica per tali tipi di depositi (esistono delle linee guida ma sono relative a depositi di capacità complessiva inferiore), nella redazione/valutazione dei rapporti di sicurezza si possono prendere a riferimento altre normative specifiche, quali il D.M. 20 ottobre 1998 (Criteri di analisi e valutazione dei rapporti di sicurezza relativi ai depositi di liquidi facilmente infiammabili e/o tossici) e il D.M. 13 ottobre 1994 (Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione, la costruzione, l’installazione e l’esercizio dei depositi di G.P.L. in serbatoi fissi di capacità complessiva superiore a 5 m3 e/o in recipienti mobili di capacità complessiva superiore a 5.000 kg).Il D.M. 20 ottobre 1998 può essere preso a riferimento ai fini dell’individuazione dei fattori di penalizzazione e di compensazione per la caratterizzazione, mediante metodo indicizzato, delle unità logiche dei depositi di GNL, nonché ai fini dell’individuazione degli eventi incidentali ipotizzabili e dei relativi scenari, oltreché per la determinazione dei termini sorgente impiegati per il calcolo delle conseguenze dei rilasci da rottura di tubazione e apparecchiature in generale.

Sulla base di tali indicazioni le analisi di rischio individuano in linea di massima come credibili scenari incidentali i cui effetti fisici sono da ricondurre a radiazione termica di tipo stazionario (Jet fire, Pool fire) o istantaneo (Flash fire), conseguenti ad eventi iniziatori di rilascio di prodotto in fase liquida o gassosa.

4

Scenari incidentali che determinano effetti fisici di sovrappressione (VCE/UVCE) risultano generalmente non credibili laddove la durata dei rilasci e quindi i quantitativi di sostanza rilasciata siano limitati dalla presenza di opportuni dispositivi di sicurezza.Nell’ottica della limitazione del rischio, sia in termini di mitigazione degli effetti di danno che in termini di riduzione della probabilità di accadimento degli eventi, le risultanze dell’analisi di rischio costituiscono valido supporto alla progettazione dei depositi di GNL, anche ai fini della definizione delle distanze necessarie ad assicurare la compatibilità degli stessi nell’ambito territoriale in cui andrebbero ad inserirsi.

Tale strumento può essere comunque affiancato dalla regola tecnica verticale relativa ai grandi depositi diGPL, considerato che alcune problematiche accomunano le due tipologie di depositi.Il D.M. 13 ottobre 1994 fornisce infatti utili indicazioni sul layout di impianto, sui dispositivi di sicurezza e le attrezzature ausiliarie da installare sui serbatoi, sulle modalità di realizzazione delle rampe di carico delle autocisterne, sulle prestazioni degli impianti di protezione attiva dall’incendio, su alcune misure gestionali da adottare.Inoltre alcune norme di buona tecnica costituiscono un valido strumento sia per i progettisti che per gli istruttori, fornendo criteri di sicurezza per la realizzazione e l’esercizio di ciascuna delle unità funzionali dell’impianto sopra elencate.In particolare, per citare le principali, la norma europea UNI EN 1473 e la norma americana NFPA 59 A affrontano in generale le problematiche legate alle installazioni e agli equipaggiamenti per il GNL, fornendo raccomandazioni e prescrizioni al fine di assicurare la protezione dei beni, delle persone e dell’ambiente dai rischi connessi con l’utilizzo del GNL. Esistono poi norme specifiche per le apparecchiature e i materiali, quali la BS EN 14620 e la BS EN 13458 (integralmente recepite anche come norme UNI) e le API 620 e API625 per i serbatoi; la UNI EN 1474 e la UNI EN 1532, nonché le linee guida OCIMF per le attrezzature di trasferimento all’interfaccia terra-mare; la UNI EN ISO 16903 e la UNI EN 1160 che forniscono le caratteristiche del GNL anche in ordine alla scelta dei materiali. Altre norme, non specifiche per il GNL, trovano comunque applicazione, quali ad esempio il D. Lgs. 93/2000 recepimento della Direttiva 97/23/CE in materia di attrezzature a pressione, nonché le API RP 520 e API RP 521 e la UNI EN ISO 4126 per i dispositivi di sicurezza per la protezione dalle sovrappressioni.Si intende inoltre richiamare l’attenzione sulle problematiche di sicurezza inerenti i serbatoi criogenici contenenti GNL, anche in considerazione di quanto previsto sia dalla norma UNI EN 1473 (Installazioni ed equipaggiamenti per il gas naturale liquefatto (GNL) - Progettazione delle installazioni di terra) che dalla norma UNI-EN 13458 (Recipienti criogenici - Recipienti fissi isolati sottovuoto).

Una proposta innovativa: un serbatoio di GNL galleggiante (FSU = Floating Storage Unit)

Dopo una prima ricognizione sui luoghi (sia tramite sopralluogo che tramite analisi di documentazione cartografica) si è da subito constata l’estrema difficoltà circa l’eventualità di una localizzazione del deposito costiero di tipo tradizionale, cioè a terra secondo la classificazione e le tecnologie elencate precedentemente (serbatori cilindrici o sferici, UNI EN 1473).

Si è quindi presa in esame la possibilità di concepire per il Porto di Napoli una soluzione innovativa: un deposito galleggiante tramite “barge” (FSU). Tale soluzione presenta alcuni vantaggi per l’installazione in oggetto:

- possibilità di accumulo in prossimità degli approdi e quindi in prossimità della nave metaniera di rifornimento periodico (LNG Carrier Ship);

- riduzione delle superifici necessarie a terra per le rimanenti installazioni (baia di carico);- possibilità di spostare temporaneamente il deposito galleggiante in caso di necessità;- buona flessibilità in caso di sviluppo del mercato (upsizing del volume di stoccaggio).

Tale soluzione innovativa (al momento ancora non utilizzata in Italia) viene già utilizzata all’estero, considerando il deposito galleggiante come una risorsa alternativa interessante nei casi di depositi costieri

5

small scale, soprattutto in quei porti -come Napoli- caratterizzati da elevati traffici e da una conformazione del sedime portuale piuttosto ristretta, confinata in una fascia costiera delimitata dal mare e dalla Città.

Le soluzioni proposte

Fatta la scelta innovativa del FSU, si è passati ad una fase di rassegna di tutte le possibili configurazioni circa gli approdi utilizzabili, con riferimento alle già citate darsene (Pollena e Petroli).Sono state definite ed analizzate 6 possibili configurazioni, conducendo per ognuna di esse un’analisi comparativa “pregi/difetti”. Per brevità, si omette l’intera rassegna delle ipotesi prospettate e vagliate, riportando nel seguito solo la soluzione “finale”, ritenuta la più interessante in quanto rappresenta la sintesi (compromesso) tra le varie esigenze e i vincoli presenti.Sotto, a puro titolo di esempio, un rendering di un FSU da 20.000 m3.

Nella successiva immagine, si riporta una schematizzazione del lay-out più conveniente per il Porto di Napoli. Tale soluzione di sintesi rappresenta il miglior compromesso possibile, sulla base dei vincoli e delle necessità di sviluppo del Porto.In particolare è stata valutata come soluzione di compromesso quella che vede il barge (FSU) ormeggiato (in maniera permanente) lungo il molo Vigliena di Ponente (approdo n.59), mentre il periodico attracco (temporaneo) della nave metaniera per il rifornimento (LNG Carrier Ship) può usufruire dell’ormeggio n.66 lungo il molo Vigliena di Levante.Ovviamente vanno valutate attentamente le interferenze delle linee criogeniche di trasferimento del prodotto GNL con le tubazioni (pipeline) degli altri prodotti combustibili (GPL, benzine, gasoli, oli combustibili, ecc.). Analoga attenzione va posta per il coordinamento dei transiti e degli ormeggi temporanei nella darsena petroli (molo Vigliena di Levante) delle varie tipologie di navi cisterne che approdano per scaricare i vari tipi di prodotti.Infine, occorre perfezionare il lay-out della baia di carico, incluso il piano della viabilità di superfice per l’accesso e l’uscita delle autocisterne criogeniche dalla baia di carico.Concludendo, si segnala la necessità (qualora tale pre-localizzazione venga ritenuta fattibile) di avviare un tavolo di lavoro con le autorità competenti in materia di sicurezza, al fine di razionalizzare ed armonizzare i vari profili di rischio delle linee di prodotto presenti e co-esistenti, sia singolarmente che nel loro complesso.

6

La baia di carico

Le baie di carico utilizzate per il trasferimento del GNL alle autocisterne sono sostanzialmente delle corsie di sosta per le singole autocisterne. Le corsie sono separate tra loro da pareti di calcestruzzo in modo tale da evitare qualsiasi trasferimento di eventuale sversamento di GNL da una corsia all’altra. La pavimentazione in calcestruzzo delle baie avrà pendenza idonea a smaltire eventuali fuoriuscite/sversamenti di GNL verso una rete di raccolta dedicata. Nel caso in esame si è ipotizzato una baia di carico costituita da un numero di corsia variabile tra 4 e 6, considerando che le pompe installate nel serbatoio di stoccaggio consentirà di caricare una autobotte in circa 1,2 ore (cool down escluso):

o Identificazione, pesata fiscale in ingresso, posizionamento e collegamento a terra dell’automezzo 5’;

o Collegamento delle manichette di trasferimento e esecuzione delle procedure di sicurezza e verifica delle operazioni 5’;

o Fase di carico, comprendente rampa di avvio, fase a regime e rampa di fine carico 45’-50’;

o Manovre di chiusura valvole, drenaggio e inertizzazione manichette e successiva disconnessione 10’-15’;

o Rilascio pensilina di carico e pesata fiscale in uscita.

Durante le fasi di stoccaggio e trasferimento, una quantità di GNL evapora per effetto di vari fattori, tra cui l’energia trasferita al GNL dalle pompe, dispersioni termiche delle linee, calore rilasciato dall’ambiente all’unità di stoccaggio, differenze di pressione, operazioni di carico autocisterne e bettoline e scarico navi gasiere.

7

8