אחד מן המאפיינים החשובים ביותר בעיצוב מבנה מכלית נפט הוא מערכת גז אדיש. נפט גולמי קשה ביותר להצתה, אולם אדי פחמימן המתנדפים ממנו הם נפיצים ביותר כאשר הם מתערבבים באוויר בריכוזים מסוימים. מטרת המערכת היא ליצור בחלל המכלים אטמוספירה שבה אדי פחמימני הנפט אינם יכולים לבעור.
כאשר גז אדיש מוחדר לתערובת של אדי פחמימנים ואוויר, הוא מעלה את סף ההצתה הנמוך, או הריכוז הנמוך ביותר של האדים בתערובת המאפשרים הצתה. באותה עת הוא מוריד את סף ההצתה העליון, הריכוז הגבוה ביותר של האדים המאפשר הצתה. כאשר הריכוז הכולל של חמצן במכל מגיע לכ-11%, הסף העליון והתחתון של הצתה מתאחדים וטווח ההצתה נעלם.
מערכות גז אדיש מחדירות לחללי המכלים אוויר עם ריכוזי חמצן של פחות מ-5%. בעת תהליך ריקון המכל מנפט גולמי נדחס פנימה גז אדיש הנותר במכל עד לטעינת המשא הבא. המקרים היחידים שבהם גז אדיש אינו ממלא מכל ריק מנפט, הם כאשר יש צורך בכניסת עובדים למכל. בתהליך ריקון מכל מגז אדיש ומילויו באוויר חופשי, לצורך כניסה למכל, קיימת הקפדה על דילול אדי פחמימנים לריכוז של כ-1% בנפח, זאת כדי להוריד את טווח ההצתה. מערכות גז אדיש במכליות נפט מנצלות לעיתים פחמן דו-חמצני בגזי הפליטה של מנוע הדיזל של האונייה ודוחסות גז זה למכלים.
פעולות שינוע.
עבודת מכליות נפט מתבצעת על פי כללים ותקנות הנקבעות על ידי גופים מקצועיים ומספר רב של חוקים בינלאומיים. קיימות מספר דרכים לטעינה ופריקה של נפט ממכלית. שיטה אחת היא בעגינת המכלית סמוך לרציף, וחיבור צנרת האונייה לזרועות טעינה ימיות הנמצאות על הרציף. שיטה אחרת היא עגינה והיקשרות למצוף ימי בלב ים וחיבור האונייה לצנרת שינוע תת-ימית המובילה ליבשה. שיטה שלישית היא בהעברת המטען ליבשה באמצעות אונייה או דוברת שינוע. בשיטה זו שני כלי השיט נצמדים זה לדופן זה בים הפתוח ומערכות הצנרת של שני כלי השיט מחוברות להעברת הנפט דרך צינור גמיש. שיטה זו נמצאת בשימוש במקומות שבהם ממדיה של מכלית נפט עמוסה
אינם מאפשרים את כניסתה לנמל.
הכנות לטעינה ופריקה.
בטרם נעשות פעולות טעינה ופריקה במכלית, הקצין הראשון חייב להשלים תוכנית פעולה המפרטת את שלבי פעולת העברת המטען, כגון כמות המטען שתועבר, אלו מכלים ירוקנו או ימולאו, אלו מכלים ינוקו, וכיצד יש לשנות את מצב הזיבורית של האונייה כדי לשמור על יציבותה. בשלב הבא נערכת ישיבת תכנון בטרם תחילת פעולת העברה. בישיבה זו נסקרים נושאים שונים הקשורים בפעולת ההעברה המתוכנתת, כגון סדר הפעולות, השמות והתפקידים של אנשי המקצוע המעורבים בעבודה, הציוד על האונייה ועל הרציף שבו ייעשה שימוש, השלבים המכריעים של פעולת ההעברה, החוקים והתקנות שיש להקפיד ולמלאם, ההליכים בשעת חירום ובמקרים של דליפה, האחראים במשמרות בגשר הפיקוד וההליכים להדממת האונייה.
לאחר סיום ישיבת התכנון, עוברים קברניט האונייה והאחראי על המתקן היבשתי על רשימת מטלות וביקורת סופית. בארצות הברית מכונה רשימה זו בשם "הצהרת ביקורת" (Declaration of Inspection; ר"ת DOI) ובמדינות אחרות בעולם היא נקראת "רשימת בטיחות אונייה/חוף" (Ship/Shore Safety Checklist). הפריטים ברשימה זו כוללים בדיקת המכוונים והשלטים, אבטחת עגינת האונייה, החלטה בדבר שפת התקשורת בצוות, אבטחת כל החיבורים בין האונייה לחוף, בדיקת מיקום ותקינות ציוד חירום וכן בדיקה כי לא נעשות עבודות אחזקה כלשהן בעת הפריקה או הטעינה.
טעינת מטען.
טעינת מכלית נפט כרוכה בעיקר בשאיבת והזרמת הנפט למכלי האונייה. כאשר הנוזל ממלא את מכלי האונייה, יש לרוקן את המכל מאדי הגזים שהצטברו בו בעת שהיה ריק. בהתאם לתקנות של המדינה שבה נעשית פעולת הטעינה, ניתן לפלוט את האדים לאוויר, או לשאוב אותם לתחנת המשאבות באמצעות צינור מיוחד לשאיבת אדים. בעת פעולת הטעינה נשאבים בדרך כלל אל הים מים מתוך מכל הזיבורית, כדי לשמור על שוקע מתאים.
פעולת הטעינה מתחילה בדרך כלל בקצב איטי ובלחץ נמוך, כדי לוודא שכל הציוד עובד כהלכה והחיבורים בין האונייה לחוף תקינים. לאחר מכן מואץ קצב ההזרמה למכלים עד שהם כמעט מלאים. מילוי המכלים בנפט גולמי למלוא נפחם היא פעולה מסוכנת המתנהלת בזהירות רבה. ציוד ניטור הנמצא במכלים משמש כדי לאמוד את החלל שנותר במכל, בכל מכל קיימים לפחות שני אמצעי ניטור למדידת נפח הנוזל במכל. ככל שהמכלית מתמלאת בנפט אנשי הצוות פותחים וסוגרים שסתומים המזרימים את הנפט למכלים השונים ונמצאים בקשר הדוק עם מתקן השאיבה שעל החוף כדי לתאם את האטת הזרמת הנפט ולבסוף להפסיק את הטעינה.
פריקת מטען.
ההליך של פריקת מטען נפט ממכלית דומה להליך טעינתו בהבדלים בולטים אחדים. שלבי העבודה הראשונים, קודם לתחילת פעולת העברת הנפט, דומים לאלה הננקטים בטרם פעולת הטעינה. כאשר תהליך הפריקה מתחיל, משאבות האונייה הן המשמשות לפריקת הנפט ממכליה. אף בעת תהליך הפריקה, תחילת מוזרם הנפט בלחץ נמוך להבטחת תקינות הציוד והחיבורים ומועלה בהדרגה עד ללחץ פעולה רצוף. בעת פעולת השאיבה קיים ניטור הדוק על רמת הנוזל במכלים וכן בנקודות מפתח על האונייה, כגון חיבורי צנרת ראשיים וחדר המשאבות. חברי הצוות פועלים בניהולו של האחראי על הפריקה, פותחים וסוגרים בהנחייתו שסתומים על האונייה כדי לכוון את זרימת הנפט, ושומרים על קשר הדוק עם מתקן הנפט שעל החוף עד לגמר הפעולה.
ניקוי מכלים.
יש צורך לנקות את מכלי הנפט של האונייה מפעם לפעם מסיבות שונות. אחת הסיבות המרכזיות היא כדי לשנות את תכולת המוצר במכלים, כך למשל, לשנע מוצרי נפט שונים, זה אחר זה, בתוך המכל. יש לנקות מכלים ולרוקנם מאדי פחמימנים אף בטרם נערכת בדיקה של תקינותם.
ברוב מכליות הנפט הגולמי מותקנת מערכת מיוחדת לשטיפת נפט גולמי. כיוון שנפט גולמי צמיג ודביק מטבעו, הוא עשוי להידבק בשכבות לדפנות המכלים ולהקטין נפחם. מערכת השטיפה שואבת נפט גולמי, מחממת אותו, והוא מותז בלחץ גבוה על דפנות המכלים. באופן זה ניתן לשאוב מן המכלים נפט גולמי נוסף בנפח של 0.3% עד 0.5% מן הנפח הכולל. כמויות משמעותיות בהינתן רמת מחירים גבוהה לנפט גולמי. על פי אמנת MARPOL, מכליות במעמס מעל 20,000 טון חייבות בהתקנת מערכת שטיפת נפט. מכלים שבהם נוזלים פחות צמיגים נשטפים בדרך כלל במים. במכליות מותקנות מערכות שטיפה אוטומטיות ניידות וקבועות המנקות מכלים אלה בהתזת מים בלחץ גבוה. בחלק מן המערכות המתקן מצויד בזרבוביות מסתובבות המתיזות מים חמים על כל דפנות המכל. במהלך תהליך השטיפה נשאבים המים המזוהמים מן המכלים.
בסיום שטיפת המכל, אם יש כוונה להיכנס אליו, יש לבצע פעולת "טיהור". מכל הנפט מטוהר על ידי הזרמת גז אדיש לחלל המכל עד אשר רמת אדי הפחמימנים יורדת לרמה בטוחה. בשלב שני נדחס לתוך המכל אוויר חופשי באמצעות מפוחי אוויר והעלאת אחוז החמצן באטמוספירה שבתוך המכל מעל 20%. בתהליך הדרגתי זה מבטיחים כי במכל לא נוצרת בשום שלב אטמוספירה הניתנת להצתה. האטמוספירה שבתוך המכל נמצאת בניטור תמידי על ידי אנשי צוות מיומנים למלאכה זו, המחזיקים בידיהם ציוד לניטור גז המודד את רמת אדי הפחמימנים באוויר. לעיתים, אף לאחר תהליך הכנת המכל לכניסת בני אדם, עובר המכל תהליך של ניקוי ידני בידי אנשי צוות. לפעולת ניקוי ידני קיימות הנחיות ותקנים מדויקים, הכוללות לבישת בגדי מגן, הצבת תצפית בטיחות ולעיתים אף שימוש במסיכות נשימה.
התבקעות מכליות נפט.
עקב כמות הנפט הגדולה המצויה במכלית נפט, התבקעות מכליות נפט עלולה לגרום לאסון סביבתי רב-ממדים. להלן כמה מהאסונות הסביבתיים הבולטים שאירעו כתוצאה מהתבקעות מכליות נפט.
ב-18 במרץ 1967 הפליגה Torrey Canyon מכלית גדולה מאוד באותם הימים, במעמס 120,182 טון, לעבר מילפורד הייבן בוויילס כשהיא עמוסה בנפט. בגלל מגבלות שוקע, המכלית יכלה להיכנס לנמל אך ורק בזמן הגאות וקברניטה חשש כי אם יאחר, יאלץ להמתין לגאות הבאה מחוץ לנמל. כדי לחסוך זמן החליט לנתב את האונייה בין איי סילי והשונית הסלעית Seven Stones reef מצפון מזרח להם. בגלל טעות ניווט עלתה המכלית על השרטון, מאוחר יותר התבקעה ויותר מ-800,000 חביות נפט גולמי נשפכו לים. כיוון שכשלו הניסיונות לחלץ את האונייה החליטו שלטונות בריטניה להפציץ את האונייה ואת כתם הנפט בפצצות נפלם בניסיון להקטין את ממדי הזיהום. כתם הנפט בער בים במשך 12 יום לאחר אירוע התאונה. התבקעות מכלית הנפט Torrey Canyon סימנה נקודת מפנה ביחס להיבטי הבטיחות בהפעלת מכליות נפט. האירוע היה אחד הגורמים שהובילו לקידום אמנת מרפול למניעת זיהום מאוניות.
ב-16 במרץ 1978 בשעות הבוקר שטה מכלית הנפט Amoco Cadiz, במעמס 233,690 טון, כשהיא עמוסה בנפט גולמי מול חופי ברטאן. המכלית הייתה בדרכה מן המפרץ הפרסי ומרוחקת רק יום אחד מנמל הפריקה, כאשר במהלך סערה אירעה תקלה במנגנון ההיגוי והמכלית נותרה ללא יכולת היגוי נסחפת בגלים אל החוף שהיה במרחק 16 ק"מ. ניסיונות גוררת גרמנית לגרור אל האונייה לנמל מבטחים כשלו והיא התנפצה אל החוף הסלעי 12 שעות לאחר התקלה. הנפט הגולמי דלף מן המכלית משך 12 ימים עד שהצי הצרפתי פוצץ את האונייה כדי לוודא שלא יוותר בה מאגר נפט נוסף. כתוצאה מהתבקעות המכלית נוצר כתם נפט גולמי באורך של כמעט 20 ק"מ לאורך חופי ברטאן ועד לחודש אפריל זוהמו כ-320 ק"מ מחופי ברטאן.