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ISO 27971:2025 — CO2船舶运输：船舶设计与操作要求
CCS价值链中海上CO2运输的标准化框架
一、标准适用范围
ISO 27971:2025规定了通过船舶运输CO2流的要求和指南，涵盖船舶设计、装卸作业、货物围护系统、监测及应急响应。海上CO2运输是碳捕集与封存价值链中的关键环节，特别适用于封存点位于海上或管道运输经济性或地理条件不可行的情况。标准涵盖专用CO2运输船和改用于CO2服务的多用途化学品船，货物容量通常为2,000至50,000立方米。
CO2通过船舶运输时处于三种状态之一：全冷冻（零下50摄氏度，0.7至1.0兆帕）、半冷冻（零下30至零下40摄氏度，1.5至2.5兆帕）或加压常温（15至20摄氏度，5.0至6.0兆帕）。每种状态针对不同的运输距离和规模具有各自的优势。全冷冻运输是大规模CCS航运中最常用的方式，也是标准中重点阐述的技术路线。
海上CO2运输在排放源与封存点之间架起了空间桥梁。对于超过500公里的运输距离，船舶运输往往比管道运输更经济：海运成本约为每吨CO2 20至40美元，而海上管道成本约为每吨30至60美元。
二、货物围护系统与材料选择
标准对货物围护系统提出了详细要求，包括保温性能、蒸发气管理和压力控制。对于全冷冻CO2运输（零下50摄氏度），货物储罐必须采用在低温下保持韧性的材料制造，通常为5%镍钢或9%镍钢，并需在零下55摄氏度下进行冲击试验验证。储罐类型包括独立棱形舱（A型）、独立圆筒舱（C型）或从LNG运输船技术借鉴的薄膜围护系统。
| 运输状态 | 温度 | 压力 | 密度(kg/m3) | 典型储罐材料 |
|---|---|---|---|---|
| 全冷冻 | 零下50摄氏度 | 0.7-1.0兆帕 | 1150-1200 | 5%或9%镍钢 |
| 半冷冻 | 零下30至零下40摄氏度 | 1.5-2.5兆帕 | 1050-1150 | 3.5%镍钢或5083铝合金 |
| 加压常温 | 15-20摄氏度 | 5.0-6.0兆帕 | 750-850 | 高强度碳钢 |
CO2液货舱的材料选择需要特别关注低温脆性断裂问题。与LNG（零下163摄氏度）不同，CO2在中间温度（零下50摄氏度）下运输，此时标准碳钢已失去冲击韧性，但LNG级别的材料（9%镍钢、不锈钢）可能过于昂贵造成不必要的成本增加。
三、装卸作业与操作安全
ISO 27971规定了海上CO2转运操作的具体程序，包括转运前检查、连接测试、惰化和吹扫顺序、冷却程序、转运速率控制和蒸汽回流管理。装货速率通常受限于蒸发气处理能力和液货舱冷却速率，以防止过大的热应力。卸货操作需要管理压力以保持货物温度高于三相点（零下56.6摄氏度，0.52兆帕），防止干冰形成堵塞管道和阀门。
干冰形成风险是CO2船舶运输面临的独特挑战。在卸货过程中，如果压力降至三相点以下，固态CO2（干冰）会迅速形成并堵塞管道和阀门。标准规定了避免这种情况的最小压力和温度裕度，通常要求压力高于三相点压力0.2兆帕的安全裕度。标准还要求在卸载系统中设置过滤器和旁路，以便在发生干冰堵塞时能够快速切换流程进行除冰操作。
CO2卸货过程中的干冰形成是严重的操作危险。固态CO2可能在数秒内完全堵塞卸货管路，需要紧急停机和热解冻处理，这可能导致操作延误12至24小时。务必在操作规程中明确预防干冰形成的控制措施。
四、工程设计考量与价值链集成
CO2航运的关键工程设计考量包括蒸发气管理（通常每天蒸发量为货物体积的0.2%至0.5%）、再液化系统设计、港口基础设施要求以及CO2装货终端的兼容性。标准推荐CO2运输船的再液化能力至少达到预期最大蒸发速率的1.5倍，以在长途航行和可能的延误期间维持货物状态。再液化系统通常设计为双机配置，确保单台故障时仍能维持货舱压力控制。
在与CCS价值链集成方面，标准规定了船舶运输的CO2品质规格。最关键的质量参数是含水量（必须低于50 ppmv以防止碳酸腐蚀，低于30 ppmv以防止操作条件下的水合物形成）和不凝性气体含量（N2、O2、Ar会影响货物的三相点和蒸气压，必须限制在5摩尔%以下以维持可控的操作条件）。标准还对硫氧化物、氮氧化物和汞等微量杂质的限值提出了建议，以确保货物质量与下游注入和封存要求兼容。
配备再液化系统的现代CO2运输船可实现每天低于0.25%的蒸发率。再液化系统通常设计为双机冗余配置，因为失去围护压力控制是海上运输中最常见的货物损失原因。双机配置的额外投资通常可在2至3年内通过减少货物损失收回。
五、常见问答
Q: CO2运输的典型船舶规模是多少？
当前CO2运输船的容量从2,000立方米（小规模区域性）到50,000立方米（大型国际航线）不等。新兴CCS项目最常见的规模是10,000至25,000立方米，每航次运载10,000至25,000吨CO2。
当前CO2运输船的容量从2,000立方米（小规模区域性）到50,000立方米（大型国际航线）不等。新兴CCS项目最常见的规模是10,000至25,000立方米，每航次运载10,000至25,000吨CO2。
Q: 船舶运输与管道运输的经济性比较如何？
500公里以内管道运输通常更便宜；超过500公里船舶运输具有竞争力；跨洋运输（超过2,000公里）则只有船舶运输是可行的选择。
500公里以内管道运输通常更便宜；超过500公里船舶运输具有竞争力；跨洋运输（超过2,000公里）则只有船舶运输是可行的选择。
Q: CO2运输船的典型蒸发率是多少？
对于保温良好的液货舱，日蒸发量为货物体积的0.2%至0.5%。一艘20,000立方米的运输船在10天航程中大约损失400至1,000立方米货物。
对于保温良好的液货舱，日蒸发量为货物体积的0.2%至0.5%。一艘20,000立方米的运输船在10天航程中大约损失400至1,000立方米货物。
Q: 现有的LPG或化学品船能否改造成CO2运输船？
可以，但改造需要对舱壁材料、保温能力、压力等级和管道兼容性进行全面评估。再液化系统必须专门针对CO2设计。改造成本约为新造船成本的30%至50%。
可以，但改造需要对舱壁材料、保温能力、压力等级和管道兼容性进行全面评估。再液化系统必须专门针对CO2设计。改造成本约为新造船成本的30%至50%。
