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ISO/TR 27929:2025 — 二氧化碳捕集、运输和地质封存 — CO₂船舶运输
基于船舶的CO₂运输指南，涵盖货物围护系统、装卸作业和海上安全
一、基于船舶的CO₂运输概述
虽然管道运输是将CO₂从捕集设施输送到封存场地的最常见方法，但船舶运输在特定场景中具有重要优势：跨越海洋的长距离运输、到达远离海岸的海上封存场地、可为多个源和汇服务的灵活航线，以及无需大量前期管道基础设施投资的渐进式CCS部署能力。ISO/TR 27929:2025通过提供CCS链中基于船舶的CO₂运输的全面指南来应对这一运输模式。
该技术报告由ISO/TC 265制定，涵盖了完整的船舶运输链，包括货物围护系统、装卸作业、船舶设计考量、蒸发气管理、海上安全以及与港口设施的集成。它建立在成熟的LPG和LNG航运行业经验基础上，同时应对CO₂的独特性质，特别是其更高的密度、不同的相变行为以及在压力和温度变化期间形成干冰的可能性。
CO₂的船舶运输并非新概念——食品和饮料行业的小规模CO₂运输已有数十年历史。然而，CCS应用所需的规模（通常每艘船每年1-2百万吨CO₂）需要新的设计方法和操作程序，这正是ISO/TR 27929所解决的问题。
二、CO₂货物围护系统
2.1 操作条件与货物状态
CO₂可以通过船舶以三种状态运输：低温液态（约-50°C，0.7 MPa）、中温液态（-30至-10°C，1.5-3.0 MPa）或环境温度密相（接近环境温度，4.0-7.0 MPa）。每种状态都有其独特的优势和劣势。低温液态最小化压力要求但需要大量制冷能量。环境温度密相消除了船上制冷需求但需要更重的压力容器。标准提供了根据航程距离、港口设施、上游捕集条件和下游封存要求选择最佳货物状态的指导。
| 货物状态 | 温度 | 压力 | 密度 | 主要优势 | 主要挑战 |
|---|---|---|---|---|---|
| 低温液态 | -50°C | 0.7 MPa | ~1,150 kg/m³ | 低压储罐 | 制冷能耗 |
| 中温液态 | -20°C | 2.0 MPa | ~950 kg/m³ | 压力与温度的平衡 | 复杂储罐设计 |
| 密相（环境温度） | 10-20°C | 5.0 MPa | ~800 kg/m³ | 无需制冷 | 重型压力容器 |
2.2 储罐类型与材料
标准审阅了适用于CO₂工况的储罐类型，改编自IMO国际气体运输船（IGC）规范的分类。C型压力容器（圆柱形或球形，设计用于全围护压力）是CO₂运输船最常见的选择，因为它们能处理所有潜在操作压力范围。CO₂工况的C型储罐需要具有适当低温韧性的材料（如在液态范围内运行），或在密相运行时具有足够强度的材料。标准涵盖了材料选择考量，包括在最低设计温度下进行冲击试验的必要性以及在水存在下抵抗CO₂腐蚀的能力。
CO₂运输船的一个关键安全考虑因素是脆性断裂风险。如果材料选择不当，低温CO₂可能使碳钢脆化。标准要求储罐材料在最低设计温度下具有足够的夏比V型缺口冲击能量，遵循IGC规范和认可船级社规则的要求。
三、装卸作业
3.1 货物输送系统
ISO/TR 27929提供了装载（捕集设施到船舶）和卸载（船舶到封存设施或管道）货物输送程序的详细指导。关键考虑因素包括：货物储罐和输送管线的预冷、输送期间防止两相流或干冰形成的压力管理、平衡船舶和岸站之间压力的蒸汽回流系统以及紧急关断系统。标准强调了船舶和岸站输送系统之间兼容性的重要性，建议采用标准化接头尺寸和通信协议。
3.2 蒸发气管理
CO₂运输船，特别是那些在低温下运行的船只，会经历热量侵入导致部分货物汽化（蒸发气或BOG）。与LNG运输船通常将BOG用作燃料不同，CO₂ BOG不能排放到大气中（它是一种温室气体）且不适合作为船用燃料。标准涵盖的BOG管理策略包括：再液化（重新冷凝BOG并返回货物储罐）、压力积聚管理（允许储罐压力在设计限值内上升）以及冷能利用（利用BOG的制冷能力用于其他船上系统）。标准根据航程持续时间、储罐设计和环境法规提供了选择合适BOG管理策略的指导。
从工程角度看，ISO/TR 27929最具创新性的方面之一是其关于将船舶运输与更广泛的CCS链整合的指导。船舶不是一个孤立的元素——其操作条件（压力、温度、货物组分）必须与装载港的液化装置和封存场地的接收设施兼容。这种系统集成视角对于高效的CCS运行至关重要。
四、海上安全与法规合规
ISO/TR 27929全面处理了海上安全问题，认识到CO₂比其他气体货物存在独特的危害。CO₂被归类为有毒和窒息性气体——高浓度可导致快速致残和死亡。标准提供了货物区域通风、气体检测系统、个人防护装备（自给式呼吸器）以及针对CO₂特定应急响应程序的指导。涉及了IMO IGC规范和《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）的法规合规性，指出CO₂运输船必须满足与其他气体运输船相同的严格安全标准。标准还涉及不断演变的监管环境，包括IMO温室气体减排框架下的潜在未来要求。
五、港口设施考量
标准讨论了CO₂运输作业所需的岸侧基础设施。港口设施必须包括：液化装置或临时储存（如果CO₂以气态从管道接收）、中间储罐、适用于CO₂工况的装载臂和软管、蒸汽回流管线以及应急响应设备。标准提供了中间储存容量的指导，以确保装载作业不会因捕集设施的CO₂供应变化而中断。对于可能服务于多个CCS项目的港口，标准建议采用标准化接口以最大化操作灵活性。
六、常见问题解答
问1：用于CCS服务的CO₂运输船典型容量是多少？
答：船舶尺寸因具体项目要求而异，标准引用了区域CCS运营的典型容量范围为10,000-50,000 m³，长途航线考虑更大的船舶（可达100,000 m³）。
答：船舶尺寸因具体项目要求而异，标准引用了区域CCS运营的典型容量范围为10,000-50,000 m³，长途航线考虑更大的船舶（可达100,000 m³）。
问2：CO₂船舶运输与管道运输的经济性比较如何？
答：船舶运输通常具有较低的资本成本（无管道基础设施）但较高的运行成本（燃料、船员、港口费用）。盈亏平衡距离取决于运输量、距离和管道路线复杂性等因素。通常，船舶在距离超过500-1000公里时具有竞争力，特别是在海上管道成本高昂的情况下。
答：船舶运输通常具有较低的资本成本（无管道基础设施）但较高的运行成本（燃料、船员、港口费用）。盈亏平衡距离取决于运输量、距离和管道路线复杂性等因素。通常，船舶在距离超过500-1000公里时具有竞争力，特别是在海上管道成本高昂的情况下。
问3：现有LPG或LNG运输船能否改造用于CO₂服务？
答：改造在技术上是可能的，但需要仔细评估。关键考虑因素包括：不同的操作压力和温度（CO₂通常需要比LPG更高的压力）、不同的材料兼容性以及需要适用于CO₂的再液化系统。专用新造船通常更受青睐。
答：改造在技术上是可能的，但需要仔细评估。关键考虑因素包括：不同的操作压力和温度（CO₂通常需要比LPG更高的压力）、不同的材料兼容性以及需要适用于CO₂的再液化系统。专用新造船通常更受青睐。
问4：CO₂运输船上的蒸发气如何处理？
答：与LNG中BOG被燃烧作为燃料不同，CO₂ BOG不能排放（它是温室气体）且不适合作为燃料。标准推荐再液化作为主要的BOG管理策略，将重新冷凝的CO₂送回货物储罐。
答：与LNG中BOG被燃烧作为燃料不同，CO₂ BOG不能排放（它是温室气体）且不适合作为燃料。标准推荐再液化作为主要的BOG管理策略，将重新冷凝的CO₂送回货物储罐。
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