侯 鐸，思玉琥，彭健鋒，李 淼

(1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都 610500;2.陜西延長(zhǎng)石油有限責(zé)任公司，陜西延安 710075;3.中國(guó)石油化工股份有限公司天燃?xì)獯鈻|送管道分公司，湖北武漢 430022;4.中國(guó)石油燃?xì)饧瘓F(tuán)公司川慶鉆探工程有限公司，四川成都 610051)

油氣集輸管道的腐蝕失效與環(huán)境保護(hù)

侯 鐸1，思玉琥2，彭健鋒3，李 淼4

(1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都 610500;2.陜西延長(zhǎng)石油有限責(zé)任公司，陜西延安 710075;3.中國(guó)石油化工股份有限公司天燃?xì)獯鈻|送管道分公司，湖北武漢 430022;4.中國(guó)石油燃?xì)饧瘓F(tuán)公司川慶鉆探工程有限公司，四川成都 610051)

由于西部油氣資源具有分布廣、油氣井高度分散、生態(tài)環(huán)境脆弱、自凈能力差等特征，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。該文通過(guò)對(duì)西部油氣集輸管道的建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、失效過(guò)程的細(xì)節(jié)分析，提出了加強(qiáng)集輸管道建設(shè)質(zhì)量檢驗(yàn)與控制，從管道建設(shè)初期抑制管道失效或損傷;提出在集輸管道生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中加強(qiáng)巡檢、實(shí)時(shí)監(jiān)控從而更加有效及時(shí)地避免安全隱患以及油氣泄漏事故的發(fā)生;提出通過(guò)集輸管道安全事故“環(huán)境保護(hù)應(yīng)急預(yù)案”的建立和完善，對(duì)失效事故所引起的環(huán)境污染源進(jìn)行逐一排除，將失效所引發(fā)的環(huán)境污染降到最低?？偨Y(jié)了集輸管道服役期間沿線環(huán)境污染存在于集輸管道建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行和發(fā)生失效等過(guò)程中環(huán)境保護(hù)措施，并對(duì)解決西部油氣集輸工程與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提出了可行性建議。

油氣田材料 腐蝕與防護(hù) 西部油氣資源 集輸管道 環(huán)境保護(hù)

西部油氣集輸管道建設(shè)過(guò)程中管道建設(shè)對(duì)沿線的土壤、水、植被等自然資源影響嚴(yán)重。如穿越水系的管道受到水流的沖刷后可能導(dǎo)致管段的裸露甚至斷裂，這都將引起輸送介質(zhì)的泄漏。泄漏的油氣揮發(fā)擴(kuò)散、燃燒后又將引發(fā)一系列污染問(wèn)題［1］。特別是油類物質(zhì)進(jìn)入土壤、水體后發(fā)生物理、化學(xué)和生化反應(yīng)，大量的原油泄漏將影響土壤中微生物生存，破壞土壤結(jié)構(gòu)，使土壤通透性降低，透水量下降［2］。石油低分子烴穿透性比高分子烴強(qiáng)，能夠穿透到植物組織內(nèi)部，破壞植物正常生理機(jī)能，在植物表面形成一層薄膜，阻塞植物氣孔，影響植物的蒸騰和呼吸作用，甚至導(dǎo)致農(nóng)作物死亡或減產(chǎn)［3］。集輸管道生產(chǎn)運(yùn)行中不論是管道老化(防腐蝕層破損、管材腐蝕)、自然災(zāi)害(滑坡、泥石流和地震)、人為破壞(非法打眼、盜油)等原因引起的穿透、破裂以及管道的失效都將對(duì)周邊的環(huán)境造成惡劣影響。這類污染將改變地表生態(tài)，造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，其污染范圍廣、危害程度大，成為西部環(huán)境保護(hù)中面臨的最緊迫問(wèn)題。

1 西部油氣集輸管道建設(shè)與環(huán)境

1.1 對(duì)生物和土地資源的影響

西部油氣集輸管道建設(shè)過(guò)程中管道建設(shè)對(duì)生物土壤的影響可以分為暫時(shí)性影響和長(zhǎng)久性影響［4］。施工期開(kāi)挖、碾壓、踐踏、林地的砍伐、草地和農(nóng)田的鏟除、野生動(dòng)物受驚嚇等為暫時(shí)性影響;管道運(yùn)行期間，管道占地及其周圍產(chǎn)生地表溫度、水分異常并對(duì)植被、野生動(dòng)物的繁衍、遷徙和棲息造成影響則為長(zhǎng)久性影響［5］。由于黃土地區(qū)地表組成松散，沙物質(zhì)含量較高，在地表結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，地表植被遭到破壞后土壤侵蝕、土地沙漠化嚴(yán)重，并引起嚴(yán)重的水土流失，對(duì)土壤養(yǎng)分和土地肥力產(chǎn)生的破壞也屬于長(zhǎng)久性影響。管道建設(shè)過(guò)程中生活、施工以及臨時(shí)布設(shè)的便道均對(duì)土地造成不同程度的壓占和挖損破壞，壓占土地類型以牧草地、耕地為主，因而對(duì)土地資源的占用、破壞和污染尤為嚴(yán)重。

1.2 對(duì)水資源和地質(zhì)環(huán)境及大氣環(huán)境的影響

黃土地區(qū)地質(zhì)背景復(fù)雜、地形多變、溝壑縱橫，加之黃土抗沖刷能力低、垂直層理發(fā)育、層面間成為地表徑流和雨水的下滲通道［6］。因而，管道施工過(guò)程中開(kāi)挖的松散土體以及管道上覆回填土形成軟弱面，或坡角切土形成臨空面使邊坡失穩(wěn)，易引發(fā)滑坡、崩塌、坍塌、泥石流、黃土濕陷和水土流失等地質(zhì)災(zāi)害。管道施工期間機(jī)具車輛及施工人員的活動(dòng)使得空氣中的粉塵增加;車輛排放尾氣的污染，油氣管道一旦發(fā)生泄露等，都對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量具有嚴(yán)重的影響。

陜-甘天然氣集輸工程所經(jīng)過(guò)的地區(qū)是國(guó)內(nèi)水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)，又屬粗沙產(chǎn)區(qū)。在管道敷設(shè)過(guò)程中，管道沿線的地表受到破壞、土體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，致使土壤的抗蝕指數(shù)降低，土壤侵蝕加劇。同時(shí)地表土體遭到破壞后，松散堆積物的徑流系數(shù)減小，相應(yīng)地入滲量增大，土體的凝聚力和內(nèi)摩擦力減小，使土體的抗蝕性降低［7-8］。并且施工期間的各種活動(dòng)會(huì)使風(fēng)積地貌區(qū)土壤風(fēng)蝕量增加3倍，敷沙黃土區(qū)土壤侵蝕增加1倍左右。施工期及工程結(jié)束后若不采取有效保護(hù)措施，不僅會(huì)引起土地沙漠化的加劇，而且流沙將可能侵襲施工區(qū)以外的地區(qū)，造成沙漠化土地的擴(kuò)大和蔓延。

1.3 對(duì)林牧業(yè)的影響

管道建設(shè)對(duì)林業(yè)的影響主要有施工區(qū)一次性毀林影響和工程后期的影響。陜-甘天然氣集輸管道對(duì)林業(yè)的影響主要表現(xiàn)在對(duì)防護(hù)林、路邊林的影響［9-10］。對(duì)大片次生林和小流域治理區(qū)林地的影響在線路設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)予以考慮，盡可能避免穿行于大片次生林和小流域治理植物保護(hù)區(qū)。

1.4 集輸管道穿越水體對(duì)環(huán)境的影響

油氣管道建設(shè)過(guò)程中，不可避免地要穿越河流、溝渠和池塘等地表水體，如果采取的穿越方式不合理、施工環(huán)境管理不到位，將對(duì)地表水環(huán)境造成明顯的影響［11-12］。對(duì)濕地發(fā)達(dá)、生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)施工應(yīng)提出特殊要求，嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護(hù)措施;水體施工前期制定周密預(yù)案、應(yīng)急監(jiān)測(cè)、強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)，加強(qiáng)穿越工程施工應(yīng)急管理、配備應(yīng)急污染控制裝置和應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備;制定更加詳細(xì)具體、操作性強(qiáng)的防治漏油措施，結(jié)合具體環(huán)境條件，分析環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，綜合制定合理可行污染減緩措施。

2 西部油氣集輸管道生產(chǎn)運(yùn)行與環(huán)境

2.1 凍土區(qū)管道生產(chǎn)運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響

多年凍土區(qū)油氣管道的運(yùn)營(yíng)安全性主要取決于所處凍土環(huán)境，西部油氣集輸管道生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中主要發(fā)生凍脹、融沉這兩種現(xiàn)象［13］。由于管道與凍土直接接觸，發(fā)生管-土之間的相互作用，凍土融化時(shí)會(huì)使管道產(chǎn)生向下的撓曲，而融土凍結(jié)時(shí)又導(dǎo)致局部管道出現(xiàn)上拱現(xiàn)象，從而改變管道的原始形狀產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，當(dāng)超過(guò)極限狀態(tài)時(shí)造成管道的失效。凍脹是在凍結(jié)過(guò)程中水分在溫度梯度下發(fā)生遷移而使土體發(fā)生膨脹的現(xiàn)象。融沉是由于凍土中的冰融所引起。如對(duì)油溫為80℃的輸油管道，除非采取特殊制冷措施，否則管道在數(shù)年內(nèi)將形成一個(gè)6～10 m直徑的圓柱狀融區(qū)，20 a后融化深度達(dá)到13～17 m，若油溫為30℃，融深會(huì)減少30% ～40%。這主要與融化深度、寒冰量和土體顆粒大小等影響因素有關(guān)。

多年凍土區(qū)管道的運(yùn)營(yíng)監(jiān)控是管道管理的重要一環(huán)，建設(shè)管道長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，密切監(jiān)控多年凍土融化、侵蝕和管道沿途環(huán)境變化，及時(shí)有效地對(duì)管道進(jìn)行維護(hù)大修，將能有效地避免重大事故的發(fā)生。

2.2 黃土地區(qū)油氣管道對(duì)環(huán)境的影響

西部濕陷性黃土區(qū)，水土流失是威脅管道安全的最大隱患，如何有效地防止水土流失和減少其對(duì)管道安全的危害，是管道運(yùn)行生產(chǎn)過(guò)程中需要解決的重大問(wèn)題。濕陷性黃土土質(zhì)是以粗粉粒為主題骨架的多空隙結(jié)構(gòu)，粗粉粒間的膠結(jié)性連接主要由大量的可溶鹽構(gòu)成，受到浸濕后，鹽類溶于水中，骨粒間黏接強(qiáng)度降低，土體在附加力與自重壓力的共同作用下，骨架結(jié)構(gòu)被迅速破壞，黃土的空隙比越大，破壞性越嚴(yán)重，濕陷越強(qiáng)烈。土壤侵蝕方式主要有水流沖刷所造成的溝蝕和重力侵蝕，溝蝕主要方式有溝底下切、溝岸擴(kuò)展和溝頭前進(jìn);重力侵蝕主要方式有滑坡、滑塌和崩塌，這些現(xiàn)象對(duì)管道來(lái)說(shuō)都是最具威脅力的破壞方式。

根據(jù)具體的地形地貌，管溝開(kāi)挖后地形地貌的變化和不確定性，因地制宜采取治理措施和合理施工方法，恢復(fù)管道敷設(shè)地區(qū)的地貌和植被以保護(hù)水土，減少管道建設(shè)時(shí)對(duì)環(huán)境的改變和影響［14-15］。濕陷性黃土地段的管溝開(kāi)挖應(yīng)與管道組裝、下溝及回填等工序協(xié)調(diào)一致，盡量縮短管溝成型后的暴漏時(shí)間。黃土的立壁性強(qiáng)，管溝開(kāi)挖邊坡坡度值可較小，以減少對(duì)原始地貌的破壞范圍。黃土地區(qū)管道沿線施工后的地貌恢復(fù)應(yīng)首先滿足土地復(fù)耕要求，對(duì)管溝回填后多余的土壤嚴(yán)禁集中棄置，需均勻分散在管中心兩側(cè)，并使管溝與周圍自然地形成平滑過(guò)渡，不得形成匯水環(huán)境，同時(shí)對(duì)造成破壞的植備要植樹種草進(jìn)行恢復(fù)。

3 西部油氣集輸管道失效方式與環(huán)境

造成管道失效的因素較多，主要有材料缺陷、機(jī)械損傷、各種腐蝕損傷包括應(yīng)力腐蝕和氫脆、焊縫裂紋或缺陷、外力破壞、施工缺陷以及特殊原因等［16］。管道的斷裂失效通常是由于各種因素，如原始缺陷、應(yīng)力腐蝕和疲勞等造成裂紋、缺陷或裂紋的擴(kuò)展最終導(dǎo)致管道局部泄漏，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定尺寸時(shí)則發(fā)生失穩(wěn)以致發(fā)生斷裂失效。

歐洲石油公司環(huán)境、健康、安全組織對(duì)管道失效事故原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，油氣管道失效的主要原因是外力損傷、腐蝕和管材缺陷。其中外力損傷包括各種機(jī)械損傷和第三方影響;腐蝕包括內(nèi)外局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕;管材缺陷包括制造焊縫缺陷、施工對(duì)接焊縫缺陷等等。歐洲石油管道失效事故以外力損傷和腐蝕為主，管材缺陷是次要因素。國(guó)內(nèi)油氣輸送管道失效事故多數(shù)為災(zāi)難性事故，油氣集輸管道失效原因主要以外部腐蝕和內(nèi)部H2S應(yīng)力腐蝕為主，與輸送管材設(shè)計(jì)不合理、制造質(zhì)量和施工質(zhì)量、輸送腐蝕介質(zhì)超標(biāo)等因素有關(guān)。因而，必須針對(duì)油氣集輸管道進(jìn)行材料檢測(cè)與分析，通過(guò)對(duì)集輸管道綜合性能以及抗腐蝕性能、疲勞壽命的研究綜合提升集輸管道的使用性能及其壽命。保障集輸管道運(yùn)行的穩(wěn)定性，杜絕管道失效、油氣泄漏等現(xiàn)象，從根源上遏制集輸管道對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)集輸管道沿線環(huán)境保護(hù)起到重要作用。

表1 歐洲石油公司管道事故分析Table 1 Oil pipeline accident analysis

4 西部油氣集輸沿線環(huán)境治理

黃土高原地區(qū)，發(fā)展植被建設(shè)具有諸多有利條件:(1)水土流失和荒漠化土地面積廣大，有廣闊宜林宜草的土地資源，其中需要植被建設(shè)措施加以治理的地域較廣;(2)黃土高原地區(qū)降雨量少是植被恢復(fù)的主要限制因素，但黃土高原地區(qū)有天然的黃河作為水源，通過(guò)合理的引流規(guī)劃設(shè)計(jì)必然可以解決這一問(wèn)題［17］;(3)有較豐富的木本植物可供選擇;(4)擁有多項(xiàng)加快植被建設(shè)的新技術(shù)、新成果，如立地條件劃分與適地適樹、沙棘栽培技術(shù)、飛播造林種草技術(shù)、徑流林業(yè)技術(shù)及多種經(jīng)濟(jì)植被栽培技術(shù)等。

在管道建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行中堅(jiān)持“在保護(hù)中利用，在利用中保護(hù)”的原則，把植樹種草、恢復(fù)植被、治理水土流失、建立良好的生態(tài)環(huán)境、保持土地資源的永續(xù)利用作為生態(tài)環(huán)境建設(shè)的總目標(biāo)，并采取切實(shí)可行的措施進(jìn)行綜合治理。

5 結(jié)論

綜上所述，西部油氣集輸管道沿線環(huán)境污染存在于集輸管道建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行以及發(fā)生失效等過(guò)程中，因而集輸管道沿線的環(huán)境保護(hù)應(yīng)深入到集輸管道建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行和失效等各個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)將集輸管道沿線環(huán)境預(yù)防措施歸納為以下幾點(diǎn):

(1)集輸管道鋪設(shè)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)管材及其焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)，從管道建設(shè)初期抑制管道失效或損傷造成環(huán)境污染;

(2)集輸管道生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，按規(guī)定進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，加強(qiáng)巡線、加強(qiáng)對(duì)集輸管道的監(jiān)控、加強(qiáng)監(jiān)管力度、加強(qiáng)管道維護(hù)制度的制定、完善與執(zhí)行力;

(3)集輸管道發(fā)生失效后，保證有可行性強(qiáng)的“環(huán)境保護(hù)應(yīng)急預(yù)案”可以采用，通過(guò)切實(shí)可行的方案綜合對(duì)污染源進(jìn)行逐一排除，并將失效所引發(fā)的環(huán)境污染降到最小;

(4)充分利用數(shù)字管道技術(shù)，通過(guò)全方位的收集管道沿線及周邊信息對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及周期性監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)，全面提高集輸管道環(huán)境保護(hù)管理的針對(duì)性和有效性;

(5)治理工程的可持續(xù)性。在農(nóng)牧交錯(cuò)氣候環(huán)境下，治理工作必須常抓不懈才能得到良好功效，治理區(qū)的監(jiān)測(cè)和線性工程新建、維護(hù)期間的生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作都必不可少。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)利用高新技術(shù)，如生物技術(shù)創(chuàng)造適合管道建設(shè)區(qū)域植被;通過(guò)利用分子生物學(xué)與生物技術(shù)培養(yǎng)植物組織再生系統(tǒng)，研制抗寒性、抗逆性植被或農(nóng)作物，使得西部油氣資源的發(fā)展與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展形成和諧并存的發(fā)展模式。

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Corrosion Failure of Oil＆Gas Pipelines and Environmental Protection

Hou Duo1，Si Yuhu2，Peng Jianfeng3，Li Miao4
(1.College of Petroleum Engineering of Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500;2.Shaanxi Yanchang Petroleum Co.，Ltd.，Yan＇an，Shaanxi 710075;3.SINOPEC Sichuan Natural Gas East Transportation Company，Wuhan，Hubei 430022;4.(PetroChina Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，Chengdu，Sichuan 610051)

The eco－environment of western oil field is severely damaged because of wide distribution，high dispersion，fragile ecological environment and poor self－purification.After detailed analysis of construction，operation and failure of oil＆ gas gathering pipelines in the western area of China，it is recommended to strengthen the quality inspection and quality control in the construction of oil＆gas gathering pipelines so as to strictly control the pipeline failure and damages in the early stage of pipeline construction.In the operation of pipelines，the inspection and real－time monitoring can effectively eliminate the potential safety hazard and occurrence of oil＆ gas leaking accidents.It is also proposed to establish a compete"Emergency Response for Environmental Protection"for pipeline operation to eliminate environmental pollution by failure accidents or minimize the environmental pollution when failure accidents occur.The environmental protection measures in the construction and operation and failure accidents in the operation of gathering pipeline are summarized and feasible recommendations are proposed for the sustainable development of oil＆ gas gathering pipelines in the western area of China and environmental protection.

materials for oil＆ gas field，corrosion ＆ protection，oil＆ gas resources in west area，gathering pipeline，environmental protection

TE832

A

1007－015X(2012)01－0023－04

2011－10－ 18;修改稿收到日期:2011－11－28。

侯鐸(1984－)，在讀博士，從事石油鉆采設(shè)備安全性評(píng)價(jià)及油氣田材料腐蝕與防護(hù)研究工作。E-mail:dragon-duo@hotmail.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金(51174171)

(編輯 寇岱清)