מכלית גז טבעי נוזלי

מכלית גז טבעי נוזלי (באנגלית: LNG carrier) היא אונייה מסוג מכלית המיועדת לשינוע גז טבעי נוזלי (ר"ת גט"ן). מספרן של מכליות גז טבעי נוזלי גדל באופן משמעותי בשלהי המאה ה-20 ובתחילת המאה ה-21 ככל שנפוץ השימוש בגז טבעי כמקור אנרגיה.

היסטוריה

מכלית גז טבעי ראשונה בהיסטוריה הייתה ה-Methane Pioneer (במעמס 5043 טון), אוניית משא שהוסבה לשמש מכלית גז טבעי. הפלגת הבכורה שלה התקיימה ב-25 בינואר 1959 מחוף לואיזיאנה במפרץ מקסיקו כשהיא נושאת מטען גז טבעי נוזלי לבריטניה. התפתחות הדרגתית של מכליות הגז הטבעי הביאה לכך שבתחילת המאה ה-21 משייטות מכליות גז טבעי ענקיות המסוגלות לשאת במכליהן 266,000 מטר מעוקב של גז טבעי נוזלי. עד לשנת 2005 ניבנו 203 מכליות גז טבעי בעולם, מהן 193 עדיין שטו באותה שנה.
הצלחתה של מכלית הגז הטבעי הראשונה הביאה את חברת של להזמין בניית שתי מכליות שנועדו מלכתחילה לשמש מכליות גז טבעי: Methane Princess ו-Methane Progress. האוניות צוידו במכלי מטען עשויים אלומיניום והחלו משנעות גז משדות הגז של אלג'יריה בשנת 1964. קיבולת הגז בכל אחת מאוניות אלה הייתה 27,000 מטר מעוקב. 
בשלהי שנות ה-60 החל סחר בגז טבעי מאלסקה ליפן. לצורך אספקת הגז נבנו במספנה שוודית שתי מכליות גז, כל אחת עם מכלים בנפח 71,500 מטר מעוקב. בתחילת שנות ה-70 עודדה ממשלת ארצות הברית מספנות אמריקאיות לבנות מכליות גז טבעי, וסך הכל נבנו באותן שנים 16 מכליות מסוג זה. עם הגידול בקיבולת המכליות בשנות ה-80, עד ל-143,000 מטר מעוקב לאונייה, פותחו מכלים חדשים למכליות גז.
בשלהי המאה ה-20 ובתחילת המאה ה-21 פותחו מכליות גז טבעי גדולות עוד יותר. בשלהי העשור הראשון של המאה ה-21 יזמה חברת הגז של קטר, Qatargas, פיתוחן של שתי מכליות גז טבעי מדגם חדש: Q-Flex ו-Q-Max. לכל אחת מכלים בקיבולת הנעה בין 210,000 ממ"ק ל-266,000 ממ"ק ועל כל אחת מן האוניות מפעל להפיכת הנוזל לגז.

הטיפול במטען המכלית

באופן טיפוסי על מכלית גז טבעי בנויים בין ארבעה לשישה מכלים המסודרים בטור לאורך קו השדרית של האונייה. סביב המכלים יש מכלי זבורית, מחיצות למניעת דליפות וחללים ריקים. מתקנים אלה סביב המכלים הופכים את המכלית לכפולת גוף.
בתוך המכלים יש בדרך כלל שלוש משאבות טבולות. קיימות שתי משאבות מרכזיות המופעלות לצורך פריקת המטען ומשאבה התזה קטנה יותר. משאבת ההתזה נמצאת בשימוש לצורך שאיבת גז טבעי נוזלי כדי לעשות בו שימוש כדלק בדרך של הפיכתו לתרסיס, או לצורך קירור מכלי המטען. במשאבת ההתזה ניתן אז להשתמש כדי לשאוב את שאריות המטען הנותר במכלים בעת הפריקה. כל המשאבות הללו נמצאות במבנה המכונה מגדל המשאבה הנמצא בראש המכל ונכנס לכל עומקו. במגדל המשאבה נמצא גם ציוד ניטור וצינור מילוי המכל היורד כמעט עד לתחתיתו.
כל משאבות המטען מרוקנות את הגז הנוזלי לצינור אחד המונח לאורכו של סיפון האונייה. מן הצינור הראשי קיימות הסתעפויות לצידה של האונייה לסעפת טעינה ופריקה. כל חללי מכלי המטען מחוברים בצנרת אדים שאף היא נמתחת לאורך האונייה.

מחזור מטען אופייני

מחזור מטען אופייני במכלית גז טבעי מתחילה במצב שבו מכלי האונייה "ריקים מגז" ומלאים באוויר חופשי, דבר המאפשר עבודות תחזוקה על המכל והמשאבות. לא ניתן לטעון את הגז הנוזלי ישירות לתוך המכלים כיוון שנוכחות חמצן במכלים עלולה לגרום לתערובת נפיצה במכל. גם הבדלי הטמפרטורה בין האוויר החופשי לגז הנוזלי עלולים לגרום נזק למכלים.
בשלב ראשון, המכלים מרוקנים מאוויר וממולאים בגז אדיש, פחמן דו-חמצני הנפלט ממנוע דיזל. הגז מוזרם למכל עד שתכולת החמצן בו היא מתחת ל-4% והאטמוספירה יבשה. באופן זה פוחתת סכנת ההתפוצצות בעת מילוי המכל במטען גז טבעי. עם השלמת התהליך נכנסת האונייה למסוף הטענת הגז כדי "למלא בגז" ולקרר, זאת כיוון שאף בשלב זה לא ניתן עדיין לטעון את הגז הטבעי. הכנסת הגז הנוזלי ללא קירור עלולה לגרום לקפיאת פחמן דו-חמצני ולגרימת נזק למשאבות.
תחילה מוזרם גז טבעי נוזלי לאונייה דרך צינור ההתזה אל עבר מרסס ראשי, המרסס מרתיח את הנוזל והופכו לגז. בשלב זה מחומם הגז לכ-20 מעלות צלזיוס באמצעות מחמם גז ומוזרם לתוך המכלים כדי להחליף את הגז האדיש. תהליך זה ממשיך עד אשר אין עוד פחמן דו-חמצני במכל. הגז האדיש נפלט מן המכל באמצעות פתחי איוורור. לאחר שרמת הפחמן דו-חמצני במכל היא מתחת ל-5%, שארית הגז נשאבת באמצעות צנרת מיוחדת ונשרפת. בשלב זה במכלים יש גז טבעי חם.
בשלב הבא מקוררים המכלים על ידי התזת גז טבעי נוזלי לתוכם, אשר תחילה רותח אולם בהדרגה מקרר את המכלים. גז מיותר נשאב באמצעות צנרת למסוף הגז, כדי לעבותו שוב, או שהוא נשרף. לאחר שהמכלים מקוררים לטמפרטורה של מינוס C°‏140- מעלות צלזיוס ניתן להתחיל בטעינה ישירה של הגז הנוזלי. גז נוזלי נשאב ממכלי אכסון במסוף הגז אל מכלי האונייה. הטמפרטורה הסופית של הגז המעובה במכל היא מתחת ל-C°‏163-. לאורך תהליך זה נשאב גז שאינו מעובה מן המכלים אל היבשה. הטעינה נמשכת עד אשר המכלים מלאים בשיעור של כ-98.5% מתכולתם בגז נוזלי (זאת כדי לאפשר התפשטות של המטען בתוך המכל). לאחר תום הטעינה יכולה המכלית להפליג לנמל הפריקה.
במהלך ההפלגה קיים ניטור מתמיד של הגז הנוזלי במכלים וגז שרתח מנוקז מן המכלים, נשרף במבערים מיוחדים כדי להפיק קיטור לצורך הנעת האונייה, או שהוא מקורר ומעובה ומוחזר למכלי המטען. כל זאת בהתאם לדגם האונייה.
בנמל הפריקה הגז הנוזלי נשאב אל היבשה. במהלך ריקון המכל החלל שנוצר מתמלא בגז המוזרם מן היבשה, או בגז המרוסס לתוך המכל ממשאבת ההתזה. לעיתים לא מרוקנת המכלית במלואה ומושארת יתרה קטנה של גז נוזלי במכלים. אם המכלים מרוקנים במלואם אז המגע עם מכלי הזבורית יחמם את המכלים לטמפרטורת הסביבה, וניתן לקרר מחדש את המכלים לקראת טעינתם. אם המכלים מרוקנים מגז, נעשה שימוש בפחמן דו-חמצני בתהליך ריקונם.

אונייה מגזזת

אונייה מגזזת (באנגלית: LNG Regasification Vessle, ר"ת LNGRV), היא מכלית גז טבעי נוזלי בעלת יכולת לגזז את הגז הטבעי הנוזלי במכליה. אונייה מגזזת היא התפתחות טכנולוגית של המאה ה-21. תוכניות ראשונות להסבת מכלית גז לאונייה מגזזת קיימות משנת 2002. בשנת 2009 החלה עבודה במספנה בדובאי להסבת האונייה המגזזת הראשונה, מכלית גז טבעי נוזלי בשם Golar Frost, לאונייה מגזזת, זאת בעזרת ציוד שנבנה ביפן. האונייה יועדה לשימוש במסוף הגז בליבורנו, איטליה. עוד בטרם הסתיים פרויקט הסבה זה, כבר בינואר 2005 הושלמה בנייתה של ה-Excellence, מכלית גז טבעי נוזלי בעלת טכנולוגית גיזוז במספנות דייהו בקוריאה הדרומית. הוספת טכנולוגיה המאפשרת יכולת גיזוז למכלית גז טבעי נוזלי מייקרת את בנייתה בכ-80 מיליון דולר אולם מנגד היא מקנה יתרונות בולטים ביכולת לנייד במהירות את מפעל הגיזוז לאתרים בהם קיימת דרישה לגז טבעי, וחוסכת את הזמן הרב הנדרש לקבלת אישורים ולבניית מתקן גיזוז על היבשה, או בסמוך לחוף.

מערכות להכלת הגז

במכליות גז טבעי הנבנות בתחילת המאה ה-21 בעולם נעשה שימוש בארבע מערכות הכלת גז אלטרנטיביות. שתיים מן המערכות הם מכלים קשיחים ואילו שתיים אחרות מבוססות על ממברנה סינתטית ומוגנות בפטנט הנמצא בבעלות חברת Gaz Transport & Technigaz. בתחילת המאה ה-21 קיימת מגמה של בניית יותר מכליות גז טבעי המבוססות על מבנה ממברנה כמערכת הכלת גז, ככל הנראה מכיוון שמערכת כזו מנצלת באופן יעיל יותר את חלל גוף האונייה ומותירה פחות חללים ריקים בין מכלי הגז למכלי הזבורית. הנצילות הגבוהה יותר של מכלים המבוססים על ממברנה מוזילים את עלויות התפעול של המכלית. יחד עם זאת, מכלים קשיחים עמידים יותר לכוחות שכשוך הנוזל במכל, בעת שהמכלית מטלטלת ומתנדנדת בתנועתה בים.

עיבוי ורתיחה

כדי לשנע גז טבעי הוא מקורר לטמפרטורה של C°‏163- לערך בלחץ אטמוספירי, בהגיעו לטמפרטורה זו הגז מתעבה והופך לנוזל. המכלים שעל מכלית גז טבעי נוזלי משמשים למעשה כתרמוסים ענקיים כדי לשמור על כגז במצב נוזלי במהלך השינוע. כיוון שאין בידוד מושלם למכלים, הנוזל שבהם רותח לאורך כל המסע. בעת מסע טיפוסי של מכלית גז טבעי בין 0.1%-0.25% מתכולת המכלים הופכת לגז בכל יום, זאת בהתאם ליעילות בידוד המכלים ומידת הטלטול של האונייה בים. במסע של 20 יום בין מסוף ההטענה למסוף פריקת הגז, מתאדים בין 2%-6% מתכולת המכלים המקורית שהוטענה לאונייה.
בדרך כלל מערכת ההנעה של מכלית גז טבעי מורכבת מטורבינות קיטור ודוודי קיטור. את הדוודים ניתן לחמם באמצעות שני סוגי דלק: גז טבעי או תזקיק נפט וכן צירוף של שני אלה. הגז אשר נוצר במכלים במהלך הרתיחה מועבר בדרך כלל בצנרת אל הדוודים ומשמש כדלק לאונייה. בטרם נעשה שימוש בגז זה הוא חייב להיות מחומם לטמפרטורה של כ-20 מעלות באמצעות מחממי גז ייעודיים וכן הגז נאגר במכל אגירה בלחץ גבוה הנוצר באמצעות מדחס.
השיקולים באשר לסוג הדלק שבו תשתמש המכלית תלויים בין השאר במחירי הגז הטבעי לעומת תזקיק הנפט, אורך המסע, הרצון להותיר יתרה של גז נוזלי במכלים, ועוד.
קיימות שלוש אפשרויות עיקריות באשר לסוג הדלק שבו תשתמש האונייה.
צימצום הרתיחה למינימום/שימוש מקסימלי בתזקיקי נפט - אפשרות זו כרוכה בהעלאת הלחץ הפנימי במכלים כדי להפחית למינימום את תופעת רתיחת הגז ורוב הדלק הדרוש להנעת האונייה מגיעה מתזקיקי נפט (מזוט או סולר). בחירה באפשרות זו מביאה לידי מקסימום את כמות הגז הנוזלי שתובא לנמל הפריקה, אולם מאפשרת לטמפרטורה במכל לעלות בגלל העדר אידוי. הטמפרטורות הגבוהות עלולות להקשות על פריקת הגז הנוזלי ואיכסונו.
רתיחה מקסימלית/מינימום שימוש בתזקיקי נפט - באפשרות זו הלחץ הפנימי במכלים נותר נמוך ותופעת הרתיחה גדולה יותר, עדיין קיים שימוש משמעותי בדלק מתזקיקי נפט. בחירה באפשרות זו מפחיתה את כמות המטען שהאונייה תביא לנמל הפריקה, אולם מבטיחה טמפרטורה נמוכה יותר לגז הנוזלי, דבר שמסופי גז רבים מעדיפים.
100% גז - הלחץ במכלי הגז נשמר ברמה דומה לזו של אפשרות רתיחה מקסימלית, אולם גם ברמת רתיחה זו לא נוצר די גז לתדלוק דוודי האונייה ולכן יש "לאלץ" את הגז להיווצר. לצורך כך מופעלת משאבת התזה באחד המכלים הדוחסת גז למאדה ויוצרת אספקת גז מספקת לדוודי האונייה. באופן זה לא נעשה שימוש בדלק אחר.
פיתוחים טכנולוגיים בתחום מכליות הגז איפשרו הצבת מפעל קטן לעיבוי מחדש של גז טבעי הנוצר בתהליך הרתיחה והשבתו לתוך המכלים. פיתוח זה מאפשר לבעלי מכליות גז טבעי ולמספנות הבונות אותן, לשקול אפשרות של שימוש במנועי דיזל יעילים יותר למכליות גז טבעי (במקום טורבינות קיטור). בשלהי המאה ה-20 ובתחילת המאה ה-21 קיימות מכליות גז טבעי שלהן שתי מערכות הנעה מקבילות: טורבינת גז ומנוע דיזל.