权利要求

1.采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，包括：主船体，主船体包括尾部模块(100)、机舱模块(200)、货舱模块(300)和首部模块(400);所述货舱模块(300)内设置多个独立货舱室(310)，相邻货舱室(310)间通过横舱壁(319)分隔;各独立货舱室(310)内设置独立的二氧化碳液货舱(311)、顶部压载舱(312)和底部压载舱(313);所述二氧化碳液货舱(311)由纤维复合材料或钢制与纤维复合材料组合型式制成，包括内胆(1)和缠绕层(2)，其横截面为左右对称的多边形结构;二氧化碳液货舱(311)通过支撑块(500)与船体结构连接，所述支撑块(500)设置在船体强结构(600)位置，用于传递液货(311)载荷并允许热胀冷缩形变。

2.根据权利要求1所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述顶部压载舱(312)由主甲板(3)、第一顶板(4)、第一斜板(5)及舷侧(6)围成，第一顶板(4)高度为650mm至1500mm，第一斜板(5)与舷侧(6)夹角为60°至70°。

3.根据权利要求1所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述底部压载舱(313)由外板(7)、第二斜板(8)及内底板(9)组成，第二斜板(8)与内底板(9)夹角为40°至60°，内底板(9)高度大于船型宽的1/15或2m中的较小值。

4.根据权利要求1所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述二氧化碳液货舱(311)的横截面为多边棱形，由顶面(317)、上斜面(318)、侧面(314)、下斜面(315)及底面(316)组成。

5.根据权利要求4所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述二氧化碳液货舱(311)的顶面(317)与主甲板(3)间距为1.5m至2.5m，底面(316)与内底板(9)间距≥800mm，侧面(314)与舷侧(6)间距为800mm至2000mm。

6.根据权利要求1所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述支撑块(500)包括底部支撑块(10)、顶面支撑块(20)及上斜面支撑块(30)，底部支撑块(10)由层压木(11)、围板(12)及固定支撑结构(13)组成;层压木(11)与二氧化碳液货舱(311)粘接，与固定支撑结构(13)活动连接;上斜面支撑块(30)设置在第一斜板(5)与上斜面(318)之间。

7.根据权利要求6所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述底部支撑块(10)包括第一底部支撑块(15)及第二底部支撑块(16)，第二底部支撑块(16)设置有围板支撑肘板(14)并填充胶粘层压木(11)。

8.根据权利要求4所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述二氧化碳液货舱(311)上斜面(318)与第一斜板(5)间距为600mm至1500mm，下斜面(315)与第二斜板(8)间距≥380mm。

9.根据权利要求8所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于，所述支撑块(500)的层压木(11)由复合材料制成;所述纤维复合材料为碳纤维或玻璃纤维增强树脂基复合材料。

10.根据权利要求1所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，其特征在于所述二氧化碳液货舱(311)由纤维复合材料或钢制与纤维复合材料组合型式制成，即其内胆(1)为纤维复合材料或钢制材料，外部缠绕层(2)均采用纤维复合材料。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于液态二氧化碳运输船技术领域，具体涉及采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，也适用于与CCUS产业相关的涵盖海上浮式二氧化碳液化、储存、外输、注入等部分或全部功能的各种海工装备。

背景技术

[0002]目前世界各国尤其是发达国家，都在积极促进CO2捕集、运输与海底封存产业的发展。随着世界范围内碳捕获和储存(CCUS)项目的逐步实施，液态二氧化碳的运输船以及海上储存及注入装备将成为产业链中的重要组成部分。根据二氧化碳货品特性和三相性的特点，为维持二氧化碳货品存储及运输过程中的液体形态，存储环境需要兼顾温度和压力两方面要求，即存储温度和压力均高于三相点的温度和压力：5.2barg，-56.6℃。

[0003]现有技术的液态二氧化碳运输船液态二氧化碳储存舱均采用钢质材料，受钢材本身特性的限制，要满足液态二氧化碳三相点的要求，钢质储存舱的尺寸、容积均受到了较大制约，随着船舶总载重量的增加，无论储存舱做成单筒型、双耳型或三耳型，其储存罐的数量也会越多，船舶的液货系统的管路布置及操作性越来越复杂，与船舶的主尺度匹配性越差，也就是在船舶型线设计过程中会有诸多限制因素;再者，布置于货舱的C型钢制运输罐，最直观的缺陷就是液态二氧化碳运输船及海上储存及注入装备的货舱区舱容利用率较低，基本小于40%，大大影响了船型的经济性;除此之外，受该类型储存舱的材质属性及重量大等因素影响，建造过程对吊运设施的能力要求较高，如租用大型海吊进行吊运安装，将使得搭载类型储存舱的运输船及海上储存注入装备的整船建造成本升高。这些问题制约了液态二氧化碳运输船的高效化与规模化发展。因此，亟需一种新型液货舱材料与结构设计，以突破现有技术瓶颈，提升运输效率与经济性。

发明内容

[0004]本发明为解决现有技术的液态二氧化碳运输船货舱区舱容利用率较低，船舶的液货系统的管路布置复杂，与船舶的主尺度匹配性越差，稳定性和可靠性低，建造过程对吊运设施的能力要求高等问题，提出了采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，包括：主船体，主船体包括尾部模块、机舱模块、货舱模块和首部模块;所述货舱模块内设置多个独立货舱室，相邻货舱室间通过横舱壁分隔;各独立货舱室内设置独立的二氧化碳液货舱、顶部压载舱和底部压载舱;所述二氧化碳液货舱由纤维复合材料或钢制与纤维复合材料组合型式制成，包括内胆和缠绕层，其横截面为左右对称的多边形结构;二氧化碳液货舱通过支撑块与船体结构连接，所述支撑块设置在船体强结构位置，用于传递液货载荷并允许热胀冷缩形变。

[0005]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述顶部压载舱由主甲板、第一顶板、第一斜板及舷侧围成，第一顶板高度为650mm至1500mm，第一斜板与舷侧夹角为60°至70°。

[0006]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述底部压载舱由外板、第二斜板及内底板组成，第二斜板与内底板夹角为40°至60°，内底板高度大于船型宽的1/15或2m中的较小值。

[0007]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述二氧化碳液货舱的横截面为多边棱形，由顶面、上斜面、侧面、下斜面及底面组成。

[0008]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述二氧化碳液货舱的顶面与主甲板间距为1.5m至2.5m，底面与内底板间距≥800mm，侧面与舷侧间距为800mm至2000mm。

[0009]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述支撑块包括底部支撑块、顶面支撑块及上斜面支撑块，底部支撑块由层压木、围板及固定支撑结构组成;层压木与二氧化碳液货舱粘接，与固定支撑结构活动连接;上斜面支撑块设置在第一斜板与上斜面之间。

[0010]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述底部支撑块包括第一底部支撑块及第二底部支撑块，第二底部支撑块设置有围板支撑肘板并填充胶粘层压木。

[0011]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述二氧化碳液货舱上斜面与第一斜板间距为600mm至1500mm，下斜面与第二斜板间距≥380mm。

[0012]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述支撑块的层压木由复合材料制成。

[0013]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述二氧化碳液货舱由纤维复合材料制成，所述二氧化碳液货舱由纤维复合材料或钢制与纤维复合材料组合型式制成，即其内胆优选纤维复合材料，也可采用钢制材料，外部缠绕层均采用纤维复合材料。

[0014]根据以上所述的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，所述纤维复合材料为碳纤维或玻璃纤维增强树脂基复合材料。

[0015]本发明的有益效果如下所述：

1. 本发明显著提升舱容利用率，优化运输效率。传统钢质液货舱因材料密度大、结构限制，舱容利用率不足40%，且需布置多个小型储罐，导致管路复杂、空间浪费。本发明采用纤维复合材料制造二氧化碳液货舱，其高强度与轻量化特性允许设计为与船体型线匹配的多边棱形结构，如八边形，有效贴合货舱模块空间，减少冗余间隙。通过多边形横截面：顶面、上斜面、侧面、下斜面及底面围成的结构，舱容利用率提升至60%以上，单次运输量显著增加。此外，纤维复合材料的二氧化碳液货舱可大型化设计，减少储罐数量，进一步简化管路布置与操作流程，降低维护成本。相比传统钢舱，本发明通过材料与结构的双重创新，突破了尺寸与舱容限制，高效运输二氧化碳。

[0016]2.本发明设置在船体强结构位置的支撑块轻量化与灵活化，降低建造成本。现有钢质液货舱需依赖重型吊装设备安装钢制支撑块，成本高昂且适配性差。本发明采用复合材料支撑块：层压木与固定支撑结构活动连接，重量轻且结构简化，底部支撑块由层压木、围板与固定支撑组成，通过胶粘与活动连接实现载荷传递与热胀冷缩适应。支撑块分布在船体强结构位置，载荷传递更均匀。其模块化设计可灵活适配单筒、双耳或八边棱形舱型，满足不同船体型线需求，优化主尺度匹配性。与传统钢支撑相比，复合材料支撑块的轻量化特性降低吊装难度与能耗，安装成本减少30%以上，同时增强结构经济性与建造效率。

[0017]3. 本发明简化液货舱的结构布局，提升操作便捷性。传统钢舱因尺寸限制需布置多个小型储罐，导致管路系统复杂、操作繁琐。本发明通过纤维复合材料的高强度特性，多边形液货舱大型化，减少储罐数量，单舱容积提升50%，从而简化液货管路布局。舱体侧面与舷侧间距800-2000mm及底面与内底板间距≥800mm的结构，既满足IGC规范安全要求，又避免空间浪费。此外，液货舱沿船长方向可随船体型线调整尺寸，中部扩大、首尾缩小，进一步优化空间利用率。对比传统设计，液货系统操作流程减少40%，维护难度显著降低，船舶运营效率提升。

[0018]4. 本发明纤维复合材料的二氧化碳液货舱耐腐蚀与绝缘特性降低能耗与维护需求。钢质液货舱需额外防腐涂层，且因导热性高需持续供能以维持低温，能耗大。本发明采用纤维复合材料制造液货舱，其内胆与缠绕层具有天然耐腐蚀性，无需防腐处理，寿命延长30%以上。同时，复合材料低导热系数，约为钢的1/50，可有效隔绝外部热量，减少液态二氧化碳蒸发损耗，维持舱内温度稳定性，-56.6℃工况下能量损耗降低25%。此外，绝缘特性减少制冷系统负荷，进一步降低运营能耗。相较于传统钢舱，本发明通过材料性能优化，实现防腐与节能双重突破，降低全生命周期成本。

[0019]5. 本发明底部支撑块的层压木与二氧化碳液货舱粘接，与固定支撑结构活动连接;上斜面支撑块设置在第一斜板与上斜面之间;提高了热胀冷缩适应性;增强了结构安全性与可靠性。传统钢质液货舱因热胀冷缩易产生应力集中，导致结构疲劳甚至开裂。本发明支撑块采用层压木与与固定支撑活动连接，允许二氧化碳液货舱在温度载荷下自由伸缩，如底部支撑块预留≥250mm边缘空间。上斜面支撑块与底部支撑块协同作用，平衡浮力与热变形，避免应力集中。此外，二氧化碳液货舱多边形结构，顶面与主甲板间距1.5-2.5m，预留形变空间，确保极端工况下结构完整性。相较于刚性钢支撑，本发明通过柔性连接与材料特性，提升结构安全系数30%以上，保障运输船长期运营可靠性。

附图说明

[0020]图1为本发明的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船货舱模块和二氧化碳液货舱舱型结构的横剖面示意图。

[0021]图2为本发明的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船二氧化碳液货舱支撑结构的示意图。

[0022]图3为本发明的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船的第一底部支撑块的结构示意图的主视图。

[0023]图4为本发明的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船的第二底部支撑块的结构示意图的主视图。

[0024]图5为本发明的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船的底部支撑块结构示意图的俯视图。

[0025]图6为本发明的采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船主船体结构示意图。

[0026]图中： 1-内胆，2-缠绕层，3-主甲板，4-第一顶板，5-第一斜板，6-舷侧，7-外板，8-第二斜板，9-内底板，10-底部支撑块，11-层压木，12-围板，13-固定支撑结构，14-围板支撑肘板，15-第一底部支撑块，16-第二底部支撑块，20-顶面支撑块，30-上斜面支撑块，100-尾部模块，200-机舱模块，300-货舱模块，310-货舱室，311-二氧化碳液货舱，312-顶部压载舱，313-底部压载舱，317-顶面，318-上斜面，314-侧面，315-下斜面，316-底面，319-横舱壁，400-首部模块，500-支撑块，600-船体强结构。

具体实施方式

[0027]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0028]本发明提供采用纤维复合材料液货舱的液态二氧化碳运输船，其具体实施方式如下：

如图1至图6所示：采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，包括：主船体，主船体包括尾部模块100、机舱模块200、货舱模块300和首部模块400;所述货舱模块300内设置多个独立货舱室310，相邻货舱室310间通过横舱壁319分隔;各独立货舱室310内设置独立的二氧化碳液货舱311、顶部压载舱312和底部压载舱313;所述二氧化碳液货舱311由纤维复合材料制成，包括内胆1和缠绕层2，其横截面为左右对称的多边形结构;二氧化碳液货舱311通过支撑块500与船体结构连接，所述支撑块500设置在船体强结构600位置，用于传递液货311载荷并允许热胀冷缩形变。

[0029]顶部压载舱312由主甲板3、第一顶板4、第一斜板5及舷侧6围成，第一顶板4高度为650mm至1500mm，第一斜板5与舷侧6夹角为60°至70°。

[0030]底部压载舱313由外板7、第二斜板8及内底板9组成，第二斜板8与内底板9夹角为40°至60°，内底板9高度大于船型宽的1/15或2m中的较小值。

[0031]二氧化碳液货舱311的横截面为八边棱形，由顶面317、上斜面318、侧面314、下斜面315及底面316组成。

[0032]二氧化碳液货舱311的顶面317与主甲板3间距为1.5m至2.5m，底面316与内底板9间距≥800mm，侧面314与舷侧6间距为800mm至2000mm。

[0033]支撑块500包括底部支撑块10、顶面支撑块20及上斜面支撑块30，底部支撑块10由层压木11、围板12及固定支撑结构13组成;层压木11与二氧化碳液货舱311粘接，与固定支撑结构13活动连接;上斜面支撑块30设置在第一斜板5与上斜面318之间。

[0034]底部支撑块10包括第一底部支撑块15及第二底部支撑块16，第二底部支撑块16设置有围板支撑肘板14并填充胶粘层压木11。

[0035]二氧化碳液货舱311上斜面318与第一斜板5间距为600mm至1500mm，下斜面315与第二斜板8间距≥380mm。

[0036]支撑块500的层压木11由复合材料制成。纤维复合材料为碳纤维或玻璃纤维增强树脂基复合材料。

[0037]采用纤维复合材料液货舱的新型液态二氧化碳运输船，如图1所示，主船体内设置有尾部模块100、机舱模块200、货舱模块300和首部模块400。尾部模块100用于设置舵、桨。机舱模块200内设置有推进装置及配套设备并设置油水柜。货舱模块300内包括：在主甲板3下分布的多个独立货舱室310，相邻独立货舱室310之间设置有横舱壁319, 所述独立货舱室310内放置独立的二氧化碳液货舱311、顶部压载舱312和底部压载舱313。首部模块400设置首部油舱、首尖舱等。

[0038]如图2所示，货舱模块300顶部压载舱312由主甲板3、第一顶板4、第一斜板5和舷侧6组成。为了尽量增大二氧化碳液货舱311容积，顶部压载舱312在满足压载量的需求下尽量小，本实施例中，第一顶板4的高度G的范围，650mm≤G≤1500mm，第一顶板4距离船体中心线的距离H的范围为，船体型宽的1/4≤H≤船体型宽的1/3，第一斜板5与二氧化碳液货舱311的上斜面318平行，与舷侧6的夹角θ的范围为，60°≤θ≤70°。

[0039]货舱模块300的底部压载舱313由主船体的外板7、第二斜板8和内底板9组成。为了保证船舶破舱稳性，内底板9的高度C需大于船体型宽的1/15和2m，两者中的较小值;为了保证结构强度，本实施例中，第二斜板8与内底板9的夹角α的范围为，40°≤α≤60°

独立的二氧化碳液货舱311由内胆1和缠绕层2组成，优选材质均采用纤维复合材料。利用复合材料的高强度、高刚度、耐腐蚀特点，提出更适宜船型布置特点的二氧化碳液货舱舱型结构，大幅提高舱容利用率，提升船型经济性和运行可靠性。除此之外，其内胆1也可采用钢制材料制成，外部缠绕层2采用复合材料包裹。

[0040]独立的二氧化碳液货舱311的横截面为左右对称的多边形结构，由顶面317、上斜面318、侧面314、下斜面315和底面316组成。如图2所示，顶面317与主甲板3之间需留有足够的空间设置顶面支撑块20和甲板横梁等结构，同时不宜过大，以免造成空间浪费和顶面支撑块20过大导致的结构浪费。本实施例中，顶面317与主甲板3之间高度A范围为，1.5m≤A≤2.5m。底面316与内地板9之间需留有足够的空间设置底部支撑块10，同时不宜过大，以免造成空间浪费和底部支撑块10过大导致的结构浪费，本实施例中，底面316与内底板9之间高度B范围为，B≥800mm。侧面314与船体舷侧6之间需留有足够的空间设置结构和检修通道，同时根据IGC Code要求3G船型液货舱任何部位距离船体外板都不能小于800mm，本实施例中，侧面314与船体舷侧6之间距离D范围为，800mm≤D≤2000mm。上斜面318与船体第一斜板5平行，上斜面318和船体第一斜板5之间需留有足够的空间设置上斜面支撑块30，同时不宜过大，以免造成空间浪费和上斜面支撑块30过大导致的结构浪费，本实施例中，上斜面318与船体第一斜板5之间的距离E的范围为，600mm≤E≤1500mm。下斜面315与船体第二斜板8平行，下斜面315和船体第二斜板8之间的距离F满足IGC Code 最小要求380mm即可，不宜过大，以免造成空间浪费。

[0041]独立的二氧化碳液货舱311沿船长方向可随船体型线变化而调整多边棱形的结构尺寸。

[0042]独立的二氧化碳液货舱311通过设置支撑块500与船体结构相连，用于将船舶正常营运过程中的液货舱及液货载荷传递给船体结构。如图5所示，第一底部支撑块15由层压木11、四周围板12、固定支撑结构13组成。层压木11一面通过胶粘的方式与二氧化碳液货舱311固定连接，层压木11另一面与固定支撑结构13活动连接，以便于在温度载荷下二氧化碳液货舱311的伸缩变形。四周围板12焊接在底部固定支撑结构13上与层压木11中心对称，边缘距离>250mm允许二氧化碳液货舱311在受热和冷却时自由膨胀或收缩，底部固定支撑结构13不限形式，满足强度要求即可。第一底部支撑块15用于二氧化碳液货舱311垂向支撑。如图6所示，第二底部支撑块16由层压木11、底部固定支撑结构13、四周围板12和围板支撑肘板14组成。围板支撑肘板14和围板12焊接在底部固定支撑结构13上，层压木11填满二氧化碳液货舱311、固定支撑结构13和围板12组成的空间，并在周围注入胶水粘结。第二底部支撑块16用于二氧化碳液货舱311垂向支撑、防横摇支撑、防纵摇支撑。如图3所示，上斜面支撑块30结构与第一底部支撑块15相同，当船舶进水时，独立二氧化碳液货舱311受浮力作用有向上的运动趋势，上斜面支撑块30用于平衡二氧化碳液货舱311浮力。如图3所示，顶面支撑块20与第一底部支撑块15结构相同，用于二氧化碳液货舱311防横摇支撑、防纵摇支撑。

[0043]如图4所示，所有支撑块500根据结构计算需求，纵横分布在船体强结构600位置，如肋骨与纵桁交叉处，确保载荷均匀传递。

[0044]二氧化碳液货舱311沿船长方向随船体型线调整八边棱形尺寸，例如在船体中部增大截面以匹配宽大型线，首尾模块缩小以适应流线型设计。

[0045]通过上述设计，二氧化碳液货舱舱容利用率提升至60%以上，单船运输量显著增加;复合材料轻量化特性降低吊装难度与建造成本;支撑块500确保液货舱在复杂工况下的稳定性与安全性。

[0046]本发明通过材料创新与结构优化，解决了现有钢质液货舱的技术缺陷，为大规模液态二氧化碳运输提供了高效、经济的解决方案。

[0047]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

说明书附图(6)