عملية إعادة تغيير حالة الغاز الطبيعي المسال إلى حالته الغازية

الخطوة النهائية في سلسلة توريد الغاز الطبيعي المسال

يَسافر الغاز الطبيعي المسال آلاف الأميال عبر المحيطات على متن ناقلاتٍ مُصمَّمة خصيصًا، ويُحفظ عند درجة حرارة -162°م في خزانات كريوجينية. لكن الغالبية العظمى من مستهلكي الغاز الطبيعي لا يحرقونه في حالته السائلة، بل يحرقونه في حالته الغازية. ولذلك، يجب أن يتحول هذا السائل مجددًا إلى بخارٍ في مكانٍ ما بين ناقلة الغاز الطبيعي المسال وطرف الموقد. وهذه هي عملية إعادة التغويز، وهي الخطوة النهائية الحاسمة في سلسلة توريد الغاز الطبيعي المسال.

والنطاق واسعٌ جدًّا. إذ يمكن لمحطة إعادة تغويز واحدة كبيرة معالجة أكثر من مليار قدم مكعب من الغاز الطبيعي يوميًّا—أي ما يكفي لتزويد عدة ملايين من المنازل. والمعدات ضخمة للغاية، والظواهر الحرارية تتطلب جهدًا كبيرًا، والجوانب الاقتصادية ذات مخاطر عالية. فكل ساعة توقف عن التشغيل في محطة إعادة التغويز تكلِّف المشغل مئات الآلاف من الدولارات بسبب رسوم فقدان القدرة الإنتاجية.

العملية الأساسية: من السائل إلى الغاز

عملية إعادة الغازification نفسها بسيطة من الناحية المفاهيمية، لكنها معقدة تشغيليًّا. فتصل الغاز الطبيعي المسال (LNG) إلى المحطة عند درجة حرارة تبلغ حوالي -162°م وعند ضغط قريب من الضغط الجوي. ولتحويله إلى غازٍ ذي جودة مناسبة للنقل عبر خطوط الأنابيب، يجب على المشغل أن يقوم بعمليتين: رفع الضغط وإضافة الحرارة. .

يتم رفع الضغط أولًا. فيُضخ الغاز الطبيعي المسال (LNG) من خزانات التخزين عبر سلسلة من المضخات: أولاً مضخات منخفضة الضغط التي تزود المضخات الكريوجينية الرئيسية، ثم مضخات عالية الضغط التي ترفع الضغط إلى مستويات خطوط الأنابيب، والتي تتراوح عادةً بين 80 و100 بار. وعند هذه المستويات من الضغط، يظل الغاز الطبيعي المسال (LNG) في حالته السائلة طالما ظل باردًا. ويستلزم ضخ الغاز الطبيعي المسال (LNG) عند درجات الحرارة الكريوجينية معدات متخصصة: إذ تُغمر المضخات في السائل للحفاظ على برودتها، كما يجب أن تكون الأختام قادرةً على تحمل كلٍّ من البرد الشديد والضغط العالي.

ثم تأتي إضافة الحرارة ثانيًا. فيمر الغاز الطبيعي المسال (LNG) عالي الضغط عبر أجهزة التبخير حيث يُسخَّن إلى درجة حرارة تتراوح بين 5 و10°م، ليتحول مجددًا إلى غاز. ثم يمر الغاز عبر محطة قياس وعملية إضافة الرائحة (إذا لزم الأمر) إلى خط أنابيب النقل.

تقنيات المبخرات: قلب المحطة

المبخر هو أهم جزء من معدات محطة إعادة التغويز. وتسيطر ثلاث تقنيات رئيسية على السوق، ولكل منها خصائص تشغيلية مختلفة.

المبخرات ذات الرفوف المفتوحة (ORVs) تستخدم ماء البحر كمصدر للحرارة. ويُضخ ماء البحر فوق مجموعة من الأنابيب المزودة بزعانف تحمل غاز البترول المسال عالي الضغط. فيقوم الماء بتسخين غاز البترول المسال، الذي يتبخر ويخرج من الأنابيب على هيئة غاز. وتتميّز هذه المبخرات بالبساطة والموثوقية، كما أن تكاليف تشغيلها منخفضة لأن ماء البحر مجاني. أما العيب الوحيد فيها فهو حاجتها إلى مدخل ومخرج كبيرين لماء البحر، ما ينطوي على تداعيات بيئية تتطلب تصاريح رسمية. كما أنها لا تعمل إلا في المناطق التي تكون فيها درجة حرارة ماء البحر دافئة بما يكفي—عادةً فوق ٥°م.

المبخرات ذات الاحتراق المغمور (SCVs) حرق جزء من الغاز الطبيعي لتوليد الحرارة، التي تُنقل بعد ذلك إلى الغاز الطبيعي المسال عبر حمام مائي. وتتميّز أجهزة التبخير بالاحتراق المغمور (SCVs) بكونها مدمجة ويمكن تشغيلها في أي مناخ؛ فهي لا تعتمد على درجة حرارة ماء البحر. أما العيب المقابل فهو استهلاك الوقود: إذ تحرق أجهزة التبخير بالاحتراق المغمور حوالي ١,٥ إلى ٢٪ من الغاز الذي تتبخره. وهذا يعني أن هذا الجزء من المنتج لا يُباع.

أجهزة التبخير ذات السائل الوسيط (IFVs) تستخدم سائل انتقال حراري وسيط — غالبًا البروبان أو خليط الجليكول والماء — لنقل الحرارة من مصدرٍ ما (مثل ماء البحر أو الاحتراق) إلى الغاز الطبيعي المسال. ويوفّر هذا المرونة التشغيلية ويحمي الغاز الطبيعي المسال من التلامس المباشر مع مصدر الحرارة، لكنه يزيد من التعقيد والتكلفة.

صعود وحدات التخزين والتصعيد العائمة

ليست كل عمليات التصعيد تتم على اليابسة. فقد غيّرت وحدات التخزين والتصعيد العائمة (FSRUs) سوق استيراد الغاز الطبيعي المسال خلال العقد الماضي والوحدة العائمة للتخزين والتصعيد (FSRU) هي في الأساس محطة تصعيد مبنية على سفينة—تحتوي على خزانات لتخزين الغاز الطبيعي المسال، وأجهزة تحويله إلى غاز، وأنظمة تصدير الغاز، وكلها مركّبة على هيكل عائم .

والأرقام تروي القصة. فبحلول نهاية عام ٢٠٢٣، كانت هناك ٥١ وحدة عائمة للتخزين والتصعيد تعمل على مستوى العالم، مقارنةً بـ٣٠ وحدة في عام ٢٠٢٠—أي زيادة نسبتها ٧٠٪ خلال ثلاث سنوات وقد بلغت قيمة سوق الوحدات العائمة للتخزين والتصعيد العالمي ٩٠٣ ملايين دولار أمريكي في عام ٢٠٢٤، ومن المتوقع أن تصل إلى ١,٧٨ مليار دولار أمريكي بحلول عام ٢٠٣٣ .

وما الذي يدفع هذه النمو؟ السرعة والتكلفة. إذ يستغرق إنشاء محطة تصعيد تقليدية على اليابسة من خمس إلى سبع سنوات للحصول على التراخيص وإكمال البناء، بينما يمكن تشغيل وحدة التخزين والتصعيد العائمة (FSRU) خلال ١٨ إلى ٢٤ شهرًا تجربة ألمانيا في عام 2022 مثالٌ بارزٌ على ذلك: فبعد قطع إمدادات الغاز الروسي عبر خطوط الأنابيب، وقّعت البلاد عقودًا لتشغيل خمس وحدات عائمة لاستقبال الغاز الطبيعي المسال (FSRUs) خلال ١٨ شهرًا، تجنُّبًا للجدول الزمني الطويل الذي يستغرقه بناء محطات استقبال على اليابسة والذي قد يمتد لعدة سنوات. .

ومع ذلك، فإن الوحدات العائمة لاستقبال الغاز الطبيعي المسال (FSRUs) ليست خاليةً من العيوب. فهي أكثر تكلفةً في التشغيل مقارنةً بالمحطات البرية؛ إذ ترتفع تكاليف استهلاك الوقود اللازم للدفع والصيانة الدورية للسفن. كما أن سعة التخزين لديها محدودة مقارنةً بالخزانات الكبيرة الموجودة على اليابسة. لكنها تظل في كثيرٍ من الأحيان الحل العملي الوحيد للأسواق التي تحتاج إلى الغاز الطبيعي المسال بسرعة، أو حيث تكون الأراضي نادرة أو يصعب الحصول عليها لأسباب سياسية.

استرجاع الطاقة الباردة: فرصةٌ لم تُستغل بعدُ

إليك أمرٌ لا يُناقَش بشكلٍ كافٍ: إن الغاز الطبيعي المسال يحتوي على كميةٍ هائلةٍ من «الطاقة الباردة»— أي محتوى التبريد الذي أُدخِلَ إليه في مصنع التسييل. وعند تبخير الغاز الطبيعي المسال، تُهدَر هذه الطاقة الباردة عادةً في مياه البحر أو في الجو. لكن هذا ليس ضروريًّا.

لقد بدأت عدة محطات حول العالم في استعادة هذه الطاقة الباردة لاستخدامات أخرى. وفي اليابان، حيث تُستورد كميات هائلة من الغاز الطبيعي المسال (LNG)، تُستخدم الطاقة الباردة في فصل الهواء (لإنتاج الأكسجين والنيتروجين السائلين)، واحتجاز ثاني أكسيد الكربون عند درجات حرارة منخفضة، بل وحتى تبريد مراكز البيانات. ومن الناحية الاقتصادية، فإن هذه الطاقة الباردة الموجودة في الغاز الطبيعي المسال تُقدَّر قيمتها بنحو ٢ إلى ٥ دولارات أمريكيّة لكل مليون وحدة حرارية بريطانية (MMBtu)، وذلك حسب سعر الكهرباء المحلي ونوع التطبيق.

وتتمثل التحديات في دمج هذه التقنية. فاستعادة الطاقة الباردة تتطلب وجود مستخدم صناعي قريب يمكنه الاستفادة من هذه البرودة، أو نظام لتوليد الطاقة قادر على تحويل فرق درجة الحرارة إلى كهرباء. ولا تتوفر هذه الإمكانيات في كل محطة. ومع ذلك، فإن محطات الاستقبال التي تمتلك هذه الإمكانيات يمكنها أن تُغطي جزءًا كبيرًا من تكاليف تشغيلها عبر استعادة الطاقة الباردة.

المخاطر التشغيلية واعتبارات الموثوقية

محطات إعادة التغويز هي منشآت عالية الموثوقية—ويجب أن تكون كذلك. فالمحطة التي لا تستطيع توريد الغاز في الوقت الذي تحتاجه إليه الشبكة الكهربائية لا تواجه فقط غرامات مالية، بل تتعرّض أيضًا لمراجعة تنظيمية وضررٍ في سمعتها.

يُعَدّ تجمُّد المبخرات الخطر التشغيلي الأكبر. فإذا كانت كمية تدفق الغاز الطبيعي المسال كبيرةً جدًّا مقارنةً بمقدار الحرارة الداخلة، فقد يتجمّد المبخر ما يؤدي إلى انخفاض كفاءة انتقال الحرارة، بل وقد يسدّ الأنابيب تمامًا. ويتعامل المشغلون مع هذه المشكلة عبر التحكم في معدل تدفق الغاز الطبيعي المسال، ومراقبة درجة حرارة مخرج المبخر، وفي بعض الحالات، باستخدام إضافات مقاومة للتجمّد.

ويشكّل الصدمة الحرارية خطرًا آخر. فالتغير الكبير في درجة الحرارة من ١٦٢-°م إلى ٥°م يولّد إجهادات حرارية بالغة في الأنابيب والمعدات. ولذلك فإن اتباع إجراءات التسخين والتكثيف المناسبة أمرٌ حاسمٌ للغاية. وقد تعلّمت محطة في إسبانيا هذه الدروس على نحوٍ مؤلم عندما تم فتح خط غاز طبيعي مسال بارد بسرعةٍ كبيرةٍ جدًّا أثناء بدء التشغيل، ما أدّى إلى تشقّق دعامة أنبوب بسبب التمدد الحراري غير المتجانس. واستغرقت عملية الإصلاح أسبوعين، وكلّفت أكثر من مليون دولار أمريكي.

دور جودة التصنيع في موثوقية المحطات الطرفية

تعمل المعدات في محطة إعادة الغازification عند الحدود القصوى—فدرجات الحرارة الكريوجينية من جهة، والضغط العالي من الجهة الأخرى، والتغيرات السريعة في درجات الحرارة أثناء التشغيل والإيقاف. وهذه بيئةٌ شديدة التطلب لأي قطعة معدات، وتكتسب جودة التصنيع أهميةً بالغة.

قد يؤدي اللحام الرديء في أنابيب الكريوجينيات إلى كسر هش. وقد يتسبب العزل غير الكافي للأنابيب الباردة في تكوُّن الجليد والتآكل. كما قد تؤدي أجهزة القياس المُركَّبة بشكل غير صحيح إلى قراءات خاطئة، مما يدفع المشغلين إلى اتخاذ قرارات خاطئة. وهذه ليست مخاوف نظرية فحسب—بل تظهر في الموقع الفعلي، وتكبّد تكاليف مالية.

لمالكي المشاريع والمشغلين، يعمل التعاون مع مصنع لديه خبرة عميقة في التطبيقات الكريوجينية وعالية الضغط على تقليل هذه المخاطر. تُدخل شركات مثل GreenFir التي بنت سمعتها على التصنيع عالي الجودة والاختبارات الصارمة عبر السلسلة القيمية لمعالجة الغاز نفس المعايير إلى معدات إعادة التغويز. عندما تصل المبخرات إلى الموقع جاهزة للتشغيل، وتتحمل الأنابيب الضغط دون تسرب، تبدأ المحطة التشغيل وفق الجدول وتبقى متصلة عند الحاجة إليها أكثر ما يكون.