تويت
غاز (ناقلات)
Gas carriers - Transporteurs du gaz
الغاز (ناقلات ـ)
ناقلات الغاز الطبيعي المسال liquefiednatural gas carriers مراكب بحرية معدة لنقل الغاز الطبيعي المضغوط (بروبان، بوتان، ميتان وغيره) في صهاريج تحت ضغط يراوح بين 1 و1.8 ميغانيوتن/م2 (10ـ 18كغ/سم3) مع التبريد الشديد.
طرائق نقل الغاز
نتيجة للتطور الهائل الذي طرأ على تقانات النقل المختلفة، وطرائق الفصل والمعالجة المطبقة على الغازات الطبيعة، بهدف الحصول على الغازات المسالة (المميَّعة)، تنقل الغازات الطبيعية بطريقتين:
1ـ عن طريق خطوط الأنابيب[ر] pipelines: التي تربط بين مناطق الإنتاج وأماكن الاستهلاك، وهي الطريقة الأمثل اقتصادياً لنقل الغاز.
2ـ عن طريق ناقلات الغاز methane carriers: وتستلزم وسيلة النقل هذه إسالة الغاز الطبيعيliquefaction of natural gas، عند الضغط الجوي ودرجة حرارة سالبة تعادل -161.49 ْم. وتمتاز بتقليص حجم غاز الميتان في الحال السائلة إلى درجة كبيرة.
يحتل الغاز الطبيعي المسال liquefiednatural gas مكانة مهمة جداً في تلبية الزيادات الكبيرة في استهلاك الغاز الطبيعي سواء في العمليات المنزلية أو مادة أولية في الصناعات البتروكيمياوية.
ولدى تعريض الغاز الطبيعي لدرجات حرارة منخفضة جداً وعند الضغط الجوي يتكثف متحولاً إلى الطور السائل، وينخفض حجمه نحو 600 مرة مقارنة مع الحيز الذي يمكن أن يشغله فيما لو بقي بحاله الغازية، فيسمح بنقل كميات كبيرة جداً من الغاز المسال وتخزينها.
إن الغازات الطبيعية المسالة هي سوائل نظيفة غير سامة ولارائحة لها، وأخف من الهواء وترتفع إلى الأعلى دوماًَ وهذا ما يجعلها أقل خطراً من أنواع الوقود الأخرى مثل غازي البروبان أو البوتان الأثقل من الهواء، التي تميل إلى الاستقرار قرب من سطح الأرض.
تشتمل عمليات نقل الغاز الطبيعي المسال على الخطوات الرئيسية الآتية (الشكل 1):
أ ـ فصل الغاز الطبيعي ومعالجته ونقله بخطوط الأنابيب إلى وحدات الإسالة أو التمييع.
ب ـ معالجة الغاز الطبيعي المنتج قبل دخوله إلى وحدات الإسالة، لتوفير الشروط أو المواصفات اللازمة لعملية الإسالة liquefaction specifications.
ت ـ إسالة الغاز، وتترافق في أغلب الأحيان مع عملية التكسير fractionation.
ث ـ تخزين الغاز الطبيعي المسال وتحميله.
ج ـ النقل بناقلات الغاز.
ح ـ الاستقبال والتخزين الطويل الأمد.
خ ـ تحويل الغاز المسال إلى الطور الغازيregasification.
لمحة تاريخية
بدأت تجارة الغازات الطبيعية المسالة عام 1964 في الجزائر، حيث بلغت عام 1994 (n87.75.109 m3N) أي نحو 65 ميغا طن/سنة. وهي اليوم نحو 24.2% من قيمة التجارة العالمية للغاز الطبيعي.
ومن أهم الدول المصدرة للغازات الطبيعية المسالة: إندونيسيا والجزائر وماليزيا وبروني والإمارات العربية المتحدة وليبيا، وأستراليا. وتعد اليابان البلد المستورد الأول، حيث استهلكت عام 1994 نحو 65% من الغازات الطبيعية المسالة المتوافرة في الأسواق العالمية، ويليها كوريا الجنوبية وفرنسا وإسبانيا وبلجيكا والولايات المتحدة الأمريكية. يوضح الجدول (1) أن الطاقة الإنتاجية لوحدات الإسالة حالياً في العالم تبلغ73.5 ميغاطن/السنة. وهي قادرة على تغطية احتياجات السوق العالمية.
ومن المتوقع أن يزداد الطلب على الغاز المسال إلى حد كبير في عام2010.
أنواع ناقلات الغازات الطبيعية المسالة وكيفية تصميمها
بدأت عملية نقل الغازات الطبيعية المسالة باستخدام الناقلات في عام 1960 ومن ثم تطورت بسرعة في عام 1970، إذ تزايدت الطاقة التحميلية لهذه الناقلات من عام إلى آخر وبلغت في الآونة الأخيرة نحو (125000م3).
تصنع السفن المستخدمة في نقل الغاز الطبيعي المسال وفق مواصفات محددة، وتجهز بهيكل مضاعف double hull، إذ يكون الهيكل الداخلي inner hull وقاية إضافية من الاصطدام، في حين يملأ الحيز void space الفاصل بين الهيكل الداخلي والخارجي بماء موازن ballast water.
وقد طُبقت تقانتان رئيستان في عملية تصميم الناقلات:
أ ـ الخزانات المتكاملة integrated tankstechnology: وفيها تُرسل القوى المتولدة عن شحن الغاز المسال بوساطة غشاء معدني metallicmembrane إلى الهيكل الداخلي للسفينة.
تُصنَّع الخزانات وفق هذه التقانة من غشاء مرن من الفولاذ غير القابل للصدأ flexible stainlesssteel membrane ويستند إلى الهيكل بعازلinsulator وحاجز ثانوي secondary barrier مصمم لمنع أي تسرب قد يطرأ على شحنة الغاز المسال. وغالباً ما يُصنَّع هذا الغشاء من أنواع خاصة من الفولاذ القادر على تحمل درجات الحرارة المنخفضة جدأ.
تتألف هذه الخزانات كما هو موضح بالشكل 2 من ثلاثة أقسام رئيسية وهي:
1) الحاجز الأولي primary barrier: ويتكوَّن من غشاء مجوف waffled membrane مُصنَّع بصفائح مسطحة من الفولاذ غير القابل للصدأ ملحومة مع صفائح مضلعة متعامدة مع الصفائح السابقة وذلك للحد من الإجهادات الحراريةthermal stresses الناتجة من تغيرات درجة الحرارة، وتساعد منظومات التضليع المضاعف على التخفيف من إجهادات الانحناء bending stressesالتي تتعرض لها الصفائح المضلعة وتقليص إجهادات الشد tensile stresses التي تمتصها الأجزاء المسطحة.
وتجدر الإشارة إلى أن قدرة الغشاء الكبيرة على مقاومة تغيرات درجة الحرارة وقصورها الحراري المنخفض low thermal inertia تسمح بتبريد الخزان بسرعة في أثناء عملية شحن الغاز المسال، وهذا ما يمكِّن الناقلات من العودة من أماكن تفريغها من دون الحاجة إلى المحافظة على برودة خزاناتها، وبمعنى آخر لا يبقى في الخزانات إلا السائل الذي لايمكن تفريغه باستخدام المضخات الرئيسية.
2) الطبقة العازلة: في بادئ الأمر كانت عملية العزل تتم بخمس طبقات من خشب البلزا balsa(خشب استوائي خفيف الوزن) أما في التصاميم الحديثة فقد استبدل به طبقات البلزا طبقات من الخشب المعاكس plywood والليف الزجاجي fiberglass المدعَّم بالبولي أوريتان polyurethane.
3) الحاجز الثانوي secondary barrier: يتكوَّن من صفيحة من الألمنيوم محصورة بين طبقتين من الليف الزجاجي.
ب ـ تقانة الخزانات ذاتية الدعم :self-supporting tanks technology تُبنى هذه الخزانات على أساس أن تقاوم جميع الإجهادات المتولدة عن وزن شحنة الغاز المسال فيها. وكانت شركة MossRosenberg النرويجية أول من أدخل مفهوم الخزانات الكروية ذاتية الدعم.
في مثل هذه الحال تحمل ناقلات الغاز المسال أربعة إلى ستة خزانات كروية، كما هو موضح بالشكل 4. وتُعزل الخزانات الكروية مع ترك فراغ بينها وبين الطبقة العازلة، يملأ بالهواء الجاف أو بغاز خامل (الآزوت).
يستند كل خزان كروي إلى قاعدة أسطوانيةcylindrical skirt ترتكز على قاعدة الناقلة، في حين يوضع حاجز أمان ثان عند قاعدة الخزانات لحماية هيكل السفينة من أي تسرب.
ومهما كان تصميم الحاملة أو نوعية الطبقة العازلة المستعملة، يمكن أن يحدث فقدان لكمية يسيرة من الحرارة بين داخل الخزان وخارجه مما يسبب تبخر كمية من الغاز المسال وتحولها إلى غاز. يستعمل هذا الغاز وقوداً لتغذية نظام الدفع التوربيني المحرك للناقلة. ففي السفن الحديثة يمثل البخر نحو 0.1% يومياَ من شحنة الغاز المسال الكلية، إذ تعتمد نسبة البخر أساساً على نوعية العزل وعلى نتائج الدراسات الاقتصادية والفنية. وتراوح حمولة الناقلات عادة بين بضع عشرات الأطنان و25ـ 35 ألف طن. وقد يصل الحجم إلى 70 ألف متر مكعب أو أكثر.
تحضير الغازات لعملية النقل:
عند وصول الناقلة إلى محطة التسليمreceiving terminal تُفرغ شحنتها من الغاز المسال. ومن ثم تُبخر لتحويلها إلى غاز، باستخدام إحدى الوحدات الآتية:
1) وحدات الحامل المفتوح open rackunits: وفيها يُبَخر الغاز المسال داخل أنابيب عمودية عن طريق التبادل الحراري مع المياه النازلة طبقة رقيقة خارج الأنابيب، مثل هذه الوحدات غالية الثمن نسبياً كما تتطلب كميات كبيرة من المياه، ولكن كلفة تشغيلها رخيصة.
2) وحدات الحرق المغمورة submergedcombustion units: وفيها يُبَخر الغاز المسال بوساطة ملف مغمور في حمام مائي ساخن، وهذه الوحدات رخيصة الثمن نسبياً ولكن كلفة تشغيلها مرتفعة.
وبعد ذلك يُحول الغاز الناتج إلى محطات القياس والتنظيم ومنها إلى شبكات التوزيع أو إلى حقول التخزين.
جان سعد
Gas carriers - Transporteurs du gaz
الغاز (ناقلات ـ)
ناقلات الغاز الطبيعي المسال liquefiednatural gas carriers مراكب بحرية معدة لنقل الغاز الطبيعي المضغوط (بروبان، بوتان، ميتان وغيره) في صهاريج تحت ضغط يراوح بين 1 و1.8 ميغانيوتن/م2 (10ـ 18كغ/سم3) مع التبريد الشديد.
طرائق نقل الغاز
نتيجة للتطور الهائل الذي طرأ على تقانات النقل المختلفة، وطرائق الفصل والمعالجة المطبقة على الغازات الطبيعة، بهدف الحصول على الغازات المسالة (المميَّعة)، تنقل الغازات الطبيعية بطريقتين:
1ـ عن طريق خطوط الأنابيب[ر] pipelines: التي تربط بين مناطق الإنتاج وأماكن الاستهلاك، وهي الطريقة الأمثل اقتصادياً لنقل الغاز.
2ـ عن طريق ناقلات الغاز methane carriers: وتستلزم وسيلة النقل هذه إسالة الغاز الطبيعيliquefaction of natural gas، عند الضغط الجوي ودرجة حرارة سالبة تعادل -161.49 ْم. وتمتاز بتقليص حجم غاز الميتان في الحال السائلة إلى درجة كبيرة.
يحتل الغاز الطبيعي المسال liquefiednatural gas مكانة مهمة جداً في تلبية الزيادات الكبيرة في استهلاك الغاز الطبيعي سواء في العمليات المنزلية أو مادة أولية في الصناعات البتروكيمياوية.
ولدى تعريض الغاز الطبيعي لدرجات حرارة منخفضة جداً وعند الضغط الجوي يتكثف متحولاً إلى الطور السائل، وينخفض حجمه نحو 600 مرة مقارنة مع الحيز الذي يمكن أن يشغله فيما لو بقي بحاله الغازية، فيسمح بنقل كميات كبيرة جداً من الغاز المسال وتخزينها.
 الشكل (1) مراحل عملية نقل الغازات الطبيعية المسالة. |
تشتمل عمليات نقل الغاز الطبيعي المسال على الخطوات الرئيسية الآتية (الشكل 1):
أ ـ فصل الغاز الطبيعي ومعالجته ونقله بخطوط الأنابيب إلى وحدات الإسالة أو التمييع.
ب ـ معالجة الغاز الطبيعي المنتج قبل دخوله إلى وحدات الإسالة، لتوفير الشروط أو المواصفات اللازمة لعملية الإسالة liquefaction specifications.
ت ـ إسالة الغاز، وتترافق في أغلب الأحيان مع عملية التكسير fractionation.
ث ـ تخزين الغاز الطبيعي المسال وتحميله.
ج ـ النقل بناقلات الغاز.
ح ـ الاستقبال والتخزين الطويل الأمد.
خ ـ تحويل الغاز المسال إلى الطور الغازيregasification.
لمحة تاريخية
بدأت تجارة الغازات الطبيعية المسالة عام 1964 في الجزائر، حيث بلغت عام 1994 (n87.75.109 m3N) أي نحو 65 ميغا طن/سنة. وهي اليوم نحو 24.2% من قيمة التجارة العالمية للغاز الطبيعي.
ومن أهم الدول المصدرة للغازات الطبيعية المسالة: إندونيسيا والجزائر وماليزيا وبروني والإمارات العربية المتحدة وليبيا، وأستراليا. وتعد اليابان البلد المستورد الأول، حيث استهلكت عام 1994 نحو 65% من الغازات الطبيعية المسالة المتوافرة في الأسواق العالمية، ويليها كوريا الجنوبية وفرنسا وإسبانيا وبلجيكا والولايات المتحدة الأمريكية. يوضح الجدول (1) أن الطاقة الإنتاجية لوحدات الإسالة حالياً في العالم تبلغ73.5 ميغاطن/السنة. وهي قادرة على تغطية احتياجات السوق العالمية.
| تاريخ البدء بالعمل | الطاقة الإنتاجية السنوية  |
وحدة الإسالة | |
| 1969 | 1.1 | Kenai | أمريكيا الشمالية |
| 1964 | 1.3 | Arzew GL 4Z (DZA) | أفريقيا |
| 1978 | 8.2 | Arzew GL 1Z (DZA) | |
| 1981 | 8.2 | Arzew GL 2Z (DZA) | |
| 1972 | 2.9 | Skikda GL 1K I (DZA) | |
| 1981 | 3.3 | Skikda GL 1K II (DZA) | |
| 1970 | 3.2 | Marsa El Brega (LBY) | |
| 1977 | 2.3 | Das Island (Abu Dhabi) | الشرق الأوسط |
| 1994 | 2.0 | Das Island (Abu Dhabi) | |
| 1972 | 5.3 | Lumut (BRN) | أسيا |
| 1977 | 4.3 | Bontag I (IDN) | |
| 1983 | 4.3 | Bontag II (IDN) | |
| 1983 | 2.3 | Bontag II (IDN) | |
| 1993 | 2.3 | Bontag (train F) (IDN) | |
| 1978 | 4.5 | Arun I (IDN) | |
| 1984 | 3.0 | Arun II (IDN) | |
| 1986 | 1.5 | Arun III (IDN) | |
| 1983 | 7.5 | Bintulu (MYS) | |
| 1989 | 6.0 | Burrup (AUS) | |
| 73.5 | الطاقة العالمية | ||
| الجدول (1) الطاقة الإنتاجية السنوية لوحدات الإسالة المنتشرة في العالم. | |||
أنواع ناقلات الغازات الطبيعية المسالة وكيفية تصميمها
بدأت عملية نقل الغازات الطبيعية المسالة باستخدام الناقلات في عام 1960 ومن ثم تطورت بسرعة في عام 1970، إذ تزايدت الطاقة التحميلية لهذه الناقلات من عام إلى آخر وبلغت في الآونة الأخيرة نحو (125000م3).
تصنع السفن المستخدمة في نقل الغاز الطبيعي المسال وفق مواصفات محددة، وتجهز بهيكل مضاعف double hull، إذ يكون الهيكل الداخلي inner hull وقاية إضافية من الاصطدام، في حين يملأ الحيز void space الفاصل بين الهيكل الداخلي والخارجي بماء موازن ballast water.
وقد طُبقت تقانتان رئيستان في عملية تصميم الناقلات:
أ ـ الخزانات المتكاملة integrated tankstechnology: وفيها تُرسل القوى المتولدة عن شحن الغاز المسال بوساطة غشاء معدني metallicmembrane إلى الهيكل الداخلي للسفينة.
تُصنَّع الخزانات وفق هذه التقانة من غشاء مرن من الفولاذ غير القابل للصدأ flexible stainlesssteel membrane ويستند إلى الهيكل بعازلinsulator وحاجز ثانوي secondary barrier مصمم لمنع أي تسرب قد يطرأ على شحنة الغاز المسال. وغالباً ما يُصنَّع هذا الغشاء من أنواع خاصة من الفولاذ القادر على تحمل درجات الحرارة المنخفضة جدأ.
 الشكل (2) الأجزاء الرئيسية للخزانات المصنّعة وفق تقانة الخزانات المتكاملة |
1) الحاجز الأولي primary barrier: ويتكوَّن من غشاء مجوف waffled membrane مُصنَّع بصفائح مسطحة من الفولاذ غير القابل للصدأ ملحومة مع صفائح مضلعة متعامدة مع الصفائح السابقة وذلك للحد من الإجهادات الحراريةthermal stresses الناتجة من تغيرات درجة الحرارة، وتساعد منظومات التضليع المضاعف على التخفيف من إجهادات الانحناء bending stressesالتي تتعرض لها الصفائح المضلعة وتقليص إجهادات الشد tensile stresses التي تمتصها الأجزاء المسطحة.
وتجدر الإشارة إلى أن قدرة الغشاء الكبيرة على مقاومة تغيرات درجة الحرارة وقصورها الحراري المنخفض low thermal inertia تسمح بتبريد الخزان بسرعة في أثناء عملية شحن الغاز المسال، وهذا ما يمكِّن الناقلات من العودة من أماكن تفريغها من دون الحاجة إلى المحافظة على برودة خزاناتها، وبمعنى آخر لا يبقى في الخزانات إلا السائل الذي لايمكن تفريغه باستخدام المضخات الرئيسية.
2) الطبقة العازلة: في بادئ الأمر كانت عملية العزل تتم بخمس طبقات من خشب البلزا balsa(خشب استوائي خفيف الوزن) أما في التصاميم الحديثة فقد استبدل به طبقات البلزا طبقات من الخشب المعاكس plywood والليف الزجاجي fiberglass المدعَّم بالبولي أوريتان polyurethane.
3) الحاجز الثانوي secondary barrier: يتكوَّن من صفيحة من الألمنيوم محصورة بين طبقتين من الليف الزجاجي.
ب ـ تقانة الخزانات ذاتية الدعم :self-supporting tanks technology تُبنى هذه الخزانات على أساس أن تقاوم جميع الإجهادات المتولدة عن وزن شحنة الغاز المسال فيها. وكانت شركة MossRosenberg النرويجية أول من أدخل مفهوم الخزانات الكروية ذاتية الدعم.
في مثل هذه الحال تحمل ناقلات الغاز المسال أربعة إلى ستة خزانات كروية، كما هو موضح بالشكل 4. وتُعزل الخزانات الكروية مع ترك فراغ بينها وبين الطبقة العازلة، يملأ بالهواء الجاف أو بغاز خامل (الآزوت).
 الشكل (3) الرسم التخطيطي لسفينة مجهزة بخزانات متكاملة. |
 الشكل (4) الرسم التخطيطي لسفينة مجهزة بخزانات ذاتية الدعم. |
ومهما كان تصميم الحاملة أو نوعية الطبقة العازلة المستعملة، يمكن أن يحدث فقدان لكمية يسيرة من الحرارة بين داخل الخزان وخارجه مما يسبب تبخر كمية من الغاز المسال وتحولها إلى غاز. يستعمل هذا الغاز وقوداً لتغذية نظام الدفع التوربيني المحرك للناقلة. ففي السفن الحديثة يمثل البخر نحو 0.1% يومياَ من شحنة الغاز المسال الكلية، إذ تعتمد نسبة البخر أساساً على نوعية العزل وعلى نتائج الدراسات الاقتصادية والفنية. وتراوح حمولة الناقلات عادة بين بضع عشرات الأطنان و25ـ 35 ألف طن. وقد يصل الحجم إلى 70 ألف متر مكعب أو أكثر.
تحضير الغازات لعملية النقل:
عند وصول الناقلة إلى محطة التسليمreceiving terminal تُفرغ شحنتها من الغاز المسال. ومن ثم تُبخر لتحويلها إلى غاز، باستخدام إحدى الوحدات الآتية:
1) وحدات الحامل المفتوح open rackunits: وفيها يُبَخر الغاز المسال داخل أنابيب عمودية عن طريق التبادل الحراري مع المياه النازلة طبقة رقيقة خارج الأنابيب، مثل هذه الوحدات غالية الثمن نسبياً كما تتطلب كميات كبيرة من المياه، ولكن كلفة تشغيلها رخيصة.
2) وحدات الحرق المغمورة submergedcombustion units: وفيها يُبَخر الغاز المسال بوساطة ملف مغمور في حمام مائي ساخن، وهذه الوحدات رخيصة الثمن نسبياً ولكن كلفة تشغيلها مرتفعة.
وبعد ذلك يُحول الغاز الناتج إلى محطات القياس والتنظيم ومنها إلى شبكات التوزيع أو إلى حقول التخزين.
جان سعد