油气集输管道的腐蚀失效与环境保护

侯 铎，思玉琥，彭健锋，李 淼

(1.西南石油大学石油工程学院，四川成都 610500;2.陕西延长石油有限责任公司，陕西延安 710075;3.中国石油化工股份有限公司天燃气川气东送管道分公司，湖北武汉 430022;4.中国石油燃气集团公司川庆钻探工程有限公司，四川成都 610051)

油气集输管道的腐蚀失效与环境保护

侯 铎1，思玉琥2，彭健锋3，李 淼4

(1.西南石油大学石油工程学院，四川成都 610500;2.陕西延长石油有限责任公司，陕西延安 710075;3.中国石油化工股份有限公司天燃气川气东送管道分公司，湖北武汉 430022;4.中国石油燃气集团公司川庆钻探工程有限公司，四川成都 610051)

由于西部油气资源具有分布广、油气井高度分散、生态环境脆弱、自净能力差等特征，生态环境破坏严重。该文通过对西部油气集输管道的建设、生产运行、失效过程的细节分析，提出了加强集输管道建设质量检验与控制，从管道建设初期抑制管道失效或损伤;提出在集输管道生产运行过程中加强巡检、实时监控从而更加有效及时地避免安全隐患以及油气泄漏事故的发生;提出通过集输管道安全事故“环境保护应急预案”的建立和完善，对失效事故所引起的环境污染源进行逐一排除，将失效所引发的环境污染降到最低。总结了集输管道服役期间沿线环境污染存在于集输管道建设、生产运行和发生失效等过程中环境保护措施，并对解决西部油气集输工程与环境可持续发展提出了可行性建议。

油气田材料 腐蚀与防护 西部油气资源 集输管道 环境保护

西部油气集输管道建设过程中管道建设对沿线的土壤、水、植被等自然资源影响严重。如穿越水系的管道受到水流的冲刷后可能导致管段的裸露甚至断裂，这都将引起输送介质的泄漏。泄漏的油气挥发扩散、燃烧后又将引发一系列污染问题［1］。特别是油类物质进入土壤、水体后发生物理、化学和生化反应，大量的原油泄漏将影响土壤中微生物生存，破坏土壤结构，使土壤通透性降低，透水量下降［2］。石油低分子烃穿透性比高分子烃强，能够穿透到植物组织内部，破坏植物正常生理机能，在植物表面形成一层薄膜，阻塞植物气孔，影响植物的蒸腾和呼吸作用，甚至导致农作物死亡或减产［3］。集输管道生产运行中不论是管道老化(防腐蚀层破损、管材腐蚀)、自然灾害(滑坡、泥石流和地震)、人为破坏(非法打眼、盗油)等原因引起的穿透、破裂以及管道的失效都将对周边的环境造成恶劣影响。这类污染将改变地表生态，造成环境的严重污染，其污染范围广、危害程度大，成为西部环境保护中面临的最紧迫问题。

1 西部油气集输管道建设与环境

1.1 对生物和土地资源的影响

西部油气集输管道建设过程中管道建设对生物土壤的影响可以分为暂时性影响和长久性影响［4］。施工期开挖、碾压、践踏、林地的砍伐、草地和农田的铲除、野生动物受惊吓等为暂时性影响;管道运行期间，管道占地及其周围产生地表温度、水分异常并对植被、野生动物的繁衍、迁徙和栖息造成影响则为长久性影响［5］。由于黄土地区地表组成松散，沙物质含量较高，在地表结构受到扰动，地表植被遭到破坏后土壤侵蚀、土地沙漠化严重，并引起严重的水土流失，对土壤养分和土地肥力产生的破坏也属于长久性影响。管道建设过程中生活、施工以及临时布设的便道均对土地造成不同程度的压占和挖损破坏，压占土地类型以牧草地、耕地为主，因而对土地资源的占用、破坏和污染尤为严重。

1.2 对水资源和地质环境及大气环境的影响

黄土地区地质背景复杂、地形多变、沟壑纵横，加之黄土抗冲刷能力低、垂直层理发育、层面间成为地表径流和雨水的下渗通道［6］。因而，管道施工过程中开挖的松散土体以及管道上覆回填土形成软弱面，或坡角切土形成临空面使边坡失稳，易引发滑坡、崩塌、坍塌、泥石流、黄土湿陷和水土流失等地质灾害。管道施工期间机具车辆及施工人员的活动使得空气中的粉尘增加;车辆排放尾气的污染，油气管道一旦发生泄露等，都对大气环境质量具有严重的影响。

陕-甘天然气集输工程所经过的地区是国内水土流失最为严重的地区，又属粗沙产区。在管道敷设过程中，管道沿线的地表受到破坏、土体的稳定结构发生改变，致使土壤的抗蚀指数降低，土壤侵蚀加剧。同时地表土体遭到破坏后，松散堆积物的径流系数减小，相应地入渗量增大，土体的凝聚力和内摩擦力减小，使土体的抗蚀性降低［7-8］。并且施工期间的各种活动会使风积地貌区土壤风蚀量增加3倍，敷沙黄土区土壤侵蚀增加1倍左右。施工期及工程结束后若不采取有效保护措施，不仅会引起土地沙漠化的加剧，而且流沙将可能侵袭施工区以外的地区，造成沙漠化土地的扩大和蔓延。

1.3 对林牧业的影响

管道建设对林业的影响主要有施工区一次性毁林影响和工程后期的影响。陕-甘天然气集输管道对林业的影响主要表现在对防护林、路边林的影响［9-10］。对大片次生林和小流域治理区林地的影响在线路设计过程中应予以考虑，尽可能避免穿行于大片次生林和小流域治理植物保护区。

1.4 集输管道穿越水体对环境的影响

油气管道建设过程中，不可避免地要穿越河流、沟渠和池塘等地表水体，如果采取的穿越方式不合理、施工环境管理不到位，将对地表水环境造成明显的影响［11-12］。对湿地发达、生态环境敏感地区施工应提出特殊要求，严格执行环境保护措施;水体施工前期制定周密预案、应急监测、强化风险防范意识，加强穿越工程施工应急管理、配备应急污染控制装置和应急监测设备;制定更加详细具体、操作性强的防治漏油措施，结合具体环境条件，分析环境风险源，综合制定合理可行污染减缓措施。

2 西部油气集输管道生产运行与环境

2.1 冻土区管道生产运行对环境的影响

多年冻土区油气管道的运营安全性主要取决于所处冻土环境，西部油气集输管道生产运行过程中主要发生冻胀、融沉这两种现象［13］。由于管道与冻土直接接触，发生管-土之间的相互作用，冻土融化时会使管道产生向下的挠曲，而融土冻结时又导致局部管道出现上拱现象，从而改变管道的原始形状产生应力和应变，当超过极限状态时造成管道的失效。冻胀是在冻结过程中水分在温度梯度下发生迁移而使土体发生膨胀的现象。融沉是由于冻土中的冰融所引起。如对油温为80℃的输油管道，除非采取特殊制冷措施，否则管道在数年内将形成一个6～10 m直径的圆柱状融区，20 a后融化深度达到13～17 m，若油温为30℃，融深会减少30% ～40%。这主要与融化深度、寒冰量和土体颗粒大小等影响因素有关。

多年冻土区管道的运营监控是管道管理的重要一环，建设管道长期监测系统，密切监控多年冻土融化、侵蚀和管道沿途环境变化，及时有效地对管道进行维护大修，将能有效地避免重大事故的发生。

2.2 黄土地区油气管道对环境的影响

西部湿陷性黄土区，水土流失是威胁管道安全的最大隐患，如何有效地防止水土流失和减少其对管道安全的危害，是管道运行生产过程中需要解决的重大问题。湿陷性黄土土质是以粗粉粒为主题骨架的多空隙结构，粗粉粒间的胶结性连接主要由大量的可溶盐构成，受到浸湿后，盐类溶于水中，骨粒间黏接强度降低，土体在附加力与自重压力的共同作用下，骨架结构被迅速破坏，黄土的空隙比越大，破坏性越严重，湿陷越强烈。土壤侵蚀方式主要有水流冲刷所造成的沟蚀和重力侵蚀，沟蚀主要方式有沟底下切、沟岸扩展和沟头前进;重力侵蚀主要方式有滑坡、滑塌和崩塌，这些现象对管道来说都是最具威胁力的破坏方式。

根据具体的地形地貌，管沟开挖后地形地貌的变化和不确定性，因地制宜采取治理措施和合理施工方法，恢复管道敷设地区的地貌和植被以保护水土，减少管道建设时对环境的改变和影响［14-15］。湿陷性黄土地段的管沟开挖应与管道组装、下沟及回填等工序协调一致，尽量缩短管沟成型后的暴漏时间。黄土的立壁性强，管沟开挖边坡坡度值可较小，以减少对原始地貌的破坏范围。黄土地区管道沿线施工后的地貌恢复应首先满足土地复耕要求，对管沟回填后多余的土壤严禁集中弃置，需均匀分散在管中心两侧，并使管沟与周围自然地形成平滑过渡，不得形成汇水环境，同时对造成破坏的植备要植树种草进行恢复。

3 西部油气集输管道失效方式与环境

造成管道失效的因素较多，主要有材料缺陷、机械损伤、各种腐蚀损伤包括应力腐蚀和氢脆、焊缝裂纹或缺陷、外力破坏、施工缺陷以及特殊原因等［16］。管道的断裂失效通常是由于各种因素，如原始缺陷、应力腐蚀和疲劳等造成裂纹、缺陷或裂纹的扩展最终导致管道局部泄漏，当裂纹扩展到一定尺寸时则发生失稳以致发生断裂失效。

欧洲石油公司环境、健康、安全组织对管道失效事故原因进行了统计，结果见表1。通过数据分析发现，油气管道失效的主要原因是外力损伤、腐蚀和管材缺陷。其中外力损伤包括各种机械损伤和第三方影响;腐蚀包括内外局部腐蚀和应力腐蚀;管材缺陷包括制造焊缝缺陷、施工对接焊缝缺陷等等。欧洲石油管道失效事故以外力损伤和腐蚀为主，管材缺陷是次要因素。国内油气输送管道失效事故多数为灾难性事故，油气集输管道失效原因主要以外部腐蚀和内部H2S应力腐蚀为主，与输送管材设计不合理、制造质量和施工质量、输送腐蚀介质超标等因素有关。因而，必须针对油气集输管道进行材料检测与分析，通过对集输管道综合性能以及抗腐蚀性能、疲劳寿命的研究综合提升集输管道的使用性能及其寿命。保障集输管道运行的稳定性，杜绝管道失效、油气泄漏等现象，从根源上遏制集输管道对环境的污染，对集输管道沿线环境保护起到重要作用。

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

4 西部油气集输沿线环境治理

黄土高原地区，发展植被建设具有诸多有利条件:(1)水土流失和荒漠化土地面积广大，有广阔宜林宜草的土地资源，其中需要植被建设措施加以治理的地域较广;(2)黄土高原地区降雨量少是植被恢复的主要限制因素，但黄土高原地区有天然的黄河作为水源，通过合理的引流规划设计必然可以解决这一问题［17］;(3)有较丰富的木本植物可供选择;(4)拥有多项加快植被建设的新技术、新成果，如立地条件划分与适地适树、沙棘栽培技术、飞播造林种草技术、径流林业技术及多种经济植被栽培技术等。

在管道建设、生产运行中坚持“在保护中利用，在利用中保护”的原则，把植树种草、恢复植被、治理水土流失、建立良好的生态环境、保持土地资源的永续利用作为生态环境建设的总目标，并采取切实可行的措施进行综合治理。

5 结论

综上所述，西部油气集输管道沿线环境污染存在于集输管道建设、生产运行以及发生失效等过程中，因而集输管道沿线的环境保护应深入到集输管道建设、生产运行和失效等各个环节。现将集输管道沿线环境预防措施归纳为以下几点:

(1)集输管道铺设过程中，加强对管材及其焊接质量的检验，从管道建设初期抑制管道失效或损伤造成环境污染;

(2)集输管道生产运行过程中，按规定进行维护、保养，加强巡线、加强对集输管道的监控、加强监管力度、加强管道维护制度的制定、完善与执行力;

(3)集输管道发生失效后，保证有可行性强的“环境保护应急预案”可以采用，通过切实可行的方案综合对污染源进行逐一排除，并将失效所引发的环境污染降到最小;

(4)充分利用数字管道技术，通过全方位的收集管道沿线及周边信息对管道进行实时监控以及周期性监测检验，全面提高集输管道环境保护管理的针对性和有效性;

(5)治理工程的可持续性。在农牧交错气候环境下，治理工作必须常抓不懈才能得到良好功效，治理区的监测和线性工程新建、维护期间的生态环境建设工作都必不可少。随着科学技术的发展，通过利用高新技术，如生物技术创造适合管道建设区域植被;通过利用分子生物学与生物技术培养植物组织再生系统，研制抗寒性、抗逆性植被或农作物，使得西部油气资源的发展与环境的可持续发展形成和谐并存的发展模式。

［1］陆仁艳，孙厚超.油气长输管道工程对沿线生态环境的影响及保护措施［J］.能源与环境，2008(2):85-87.

［2］魏东吼，任磊.油气管道穿越水体工程环境影响及措施分析［J］. 油气田环境保护，2008，18(2):5-8.

［3］吕宏庆，李均峰，汤永亮.多年冻土区管道的若干关键技术［J］. 天然气与石油，2009，27(6):1-4.

［4］范原博，郭靖，何毅，等.黄土地区油气管道的水土保持措施［J］. 油气田地面工程，2010，29(2):72-73.

［5］鲁春霞，贾慧兰，于云江.输油气管道工程队资源与环境损害的经济评估--以陕-甘天然气输气管道为例［J］.资源科学，2000，22(6):67-70.

［6］龚洁，任磊，魏东吼，等.浅析油气储运设施环境保护管理发展趋势［J］. 油气田环境保护，2008，18(4):1-3.

［7］吕南，蔡静，彭倩.四川油气产区发展循环经济的思路［J］.西南石油大学学报，2010，3(3):70-73.

［8］董高峰，武新宁，周淑丽，等.青藏高原东北部河盆区线性工程沿线生态环境建设［J］.青海环境，2009，19(2):53-57.

［9］郭俊.油气管道穿越西北干旱区湿地的环境保护［J］.油气田环境保护，2009，19(2):45-47.

［10］任宝平，刘敢.陕甘宁老区实施生态经济制度的必要性与可行性分析［J］.油气田环境保护，2002(9):21-23.

［11］蒲春生，宋向华.试论我国西北地区油气资源开发与水资源可持续协调发展［J］.能源技术与管理，2007(5):72-73.

［12］闫双双，龚站梅.试论新疆油气资源开发与环境保护［J］.延边大学学报，2009，42(2):107-111.

［13］徐辉利，孙杰，王莉.浅谈国内油气储运系统中存在问题及对策［J］.炼油与化工，2006，17(1):9-11.

［14］丁琳霞.黄土高原生态环境建设中存在问题与对策［J］.陕西林业科技，2002(2):49-53.

［15］邵宏波，梁宗锁，邵明安.黄土高原生态环境建设与生物技术的潜在应用［J］.水土保持学报，2004，18(3):154-159.

［16］高学田，郑粉莉，等.陕北黄土高原生态环境建设与可持续发展［J］. 水土保持研究，2004，11(4):47-49.

［17］李平全.油气输送管道失效事故及典型案例［J］.焊管，2005，28(4):76-84.

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。

侯铎(1984－)，在读博士，从事石油钻采设备安全性评价及油气田材料腐蚀与防护研究工作。E-mail:dragon-duo@hotmail.com。

国家自然科学基金(51174171)

(编辑 寇岱清)