油气集输管道的腐蚀失效与环境保护.pdf
专 论 石 油 化 工 腐 蚀 与 防 护 C o r r o s i o n Pr o t e c t i o n i n P e t r o c h e mi c a l I n d us t r y 2 0 1 2 , 2 9 1 2 3 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4 1 .西南石油大学石油工程学院, 四川 成都 6 1 0 5 0 0; 2 .陕西延长石油有限责任公司, 陕西 延安 7 1 0 0 7 5; 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 4 3 0 0 2 2 ; 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 6 1 0 0 5 1 摘要 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。 关键词 油气 田材料腐蚀与防护西部油气资源集输管道环境保护 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 70 1 5 X 2 0 1 2 0 1 0 0 2 30 4 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_ l J 。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 J 。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 。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 。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 J 。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 收稿 日期 2 0 1 11 01 8 ; 修改稿收到 日期 2 0 1 1 1 1 2 8 。 作者简介 侯铎 1 9 8 4一 , 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 m a i l d r a g o n d u o h o t ma i l . t o m。 基金项目国家自然科学基金 5 1 1 7 4 1 7 1 2 4 石油化工腐蚀与防护 第 2 9卷 问成为地表径流和雨水 的下渗通道 。 。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。 陕一 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 , 相应地人渗量增大 , 土体的 凝聚 力 和 内摩 擦 力 减 小 , 使 土 体 的 抗 蚀 性 降 低 。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。陕一 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E 9 - 1 o ] 。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 J 。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 。由于管 道与冻土直接接触 , 发生管一 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 8 0℃ 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 6~1 0 m直径的圆柱状 融区, 2 0 a后融化深度达到 l 3~1 7 m, 若 油温为 3 0℃, 融深会减少 3 0 % ~ 4 0 % 。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, 土体在附加力与白 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 1 4 - 1 5 3 。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 第 1 期 侯铎等. 油气集输管道的腐蚀失效与环境保护 2 5 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 。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 l 。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 H s 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 Ta b l e 1 Oi l p i p e l i n e a c c i d e n t a n a l y s i s 失效原因 _ _ _ 0囊 ~ 事故数值/ 次 事故率 l’ % ;枣敬数镌 次 机械损伤 操作失误 腐蚀 自然灾害 第三方活动 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 ; 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。 嚣 露 l 器 磊 一 l l l l 一 囊 鬃 蓦 黼 如姓 钳 一 一 一 一 lll≯ 一 _ _l l 蠢 0 一 ll _ 甄 曩 蠹 _ 给 _ 7 _ 。 4 l爱 曩 曩 爱 爱 一 . n V 霪 2 6 石油化工腐蚀与防护 第 2 9卷 参考文献 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 , 2 0 0 8 2 8 5 8 7 . 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, 2 0 0 8 , 1 8 2 5 - 8 . 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 , 2 0 0 9 , 2 7 6 1 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 , 2 0 1 0, 2 9 2 7 2 - 7 3 . 鲁春霞, 贾慧兰, 于云江. 输油气管道工程队资源与环境损 害的经济评估一 以陕一 甘天然气输气管道为例[ J ] . 资源科 学 , 2 0 0 0 , 2 2 6 6 7 - 7 0 . 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, 2 0 0 8 , 1 8 4 1 - 3 . 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 , 2 0 1 0 , 3 3 7 0 - 7 3 . 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 , 2 0 0 9 , 1 9 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 , 2 0 0 9, 1 9 2 4 5 - 4 7 . 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P e t r o C h i n a C h u a n q i n g D r i l l i n g E n g i n e e r i n g C o . , L t d . ,C h e n g d u , S i c h u a n 6 1 0 0 5 1 Ab s t r a c t T h e C C Oe n v i r o n me n t o f we s t e r n o i l fi e l d i s s e v e r e l y d a ma g e d b e c a u s e o f w i d e d i s t ri b u t i o n,h i g h d i s p e r s i o n,f r a g i l e e c o l o g i c a l e n v i r o n me n t a n d p o o r s e l fp u ri f i c a t i o n . A f t e r d e t a i l e d a n a l y s i s o f c o n s t r u c t i o n.o p e r a t i o n a n d f a i l u r e o f o i l g a s g a t h e ri n g p i p e l i n e s i n t h e w e s t e r n a r e a o f C h i n a,i t i s r e c o mme n d e d t o s t r e n g t h e n t h e q u ali t y i n s p e c t i o n a n d q u a l i t y c o n t r o l i n t h e c o n s t ruc t i o n o f o i l g a s g a t h e ri n g p i p e l i n e s S O a s t o s t ri c t l y c o n t r o l t h e p i p e l i n e f a i l u r e a n d d a ma g e s i n t h e e a r l y s t a g e o f p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n .I n t h e o p e r a t i o n o f p i p e l i n e s ,t h e i n s p e c t i o n a n d r e a l t i me mo n i t o ri n g c a n e f f e c t i v e l y e l i mi n a t e t h e p o t e n t i a l s a f e t y h a z a r d a n d o c c u r r e n c e o f o i l g a s l e a k i n g a c c i d e n t s . I t i s a l s o p r o p o s e d t o e s t a b l i s h a c o mp e t e ”Eme r g e n c y R e s p o n s e f o r E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n” f o r p i p e l i n e o p e r a t i o n t o e l i mi n a t e e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n b y f a i l u r e a c c i d e n t s o r mi n i mi z e t h e e n v i r o n me n t al p o l l u t i o n wh e n f a i l u r e a c c i d e n t s o c c u r .Th e e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n me a s u r e s i n t h e c o n s t ru c t i o n a n d o p e r a t i o n a n d f a i l u r e a c c i d e n t s i n t h e o p e r a t i o n o f g a t h e ri n g p i p e l i n e are s u mma riz e d a n d f e a s i b l e r e c o mme n d a t i o n s a r e p r o p o s e d f o r t h e s u s t ain a b l e d e v e l o p me n t o f o i l g a s g a t h e rin g p i p e l i n e s i n t h e we s t e r n a r e a o f C h i n a a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n . Ke y wo r d s ma t e ri als for o i l & g a s fie l d, c o rr o s i o n p r o t e c t i o n , o i l & g a s r e s o u r c e s i n w e s t a r e a, g a t h e ri n g p i p e l i n e, e nv i r o n me n t al p r o t e c t i o n 中国石化与恒逸合建己内酰胺装置 1 2月 6日上午, 浙江巴陵恒逸己内酰胺有限公司成 立仪式在杭州举行。中国石化巴陵石化与浙江恒逸集团 有限公司共同投资 , 在浙江萧山建设 目前世界单线产能 最大的年产2 0 0 k t己内酰胺装置, 是迄今为止国内产能 最大的己内酰胺装置。浙江巴陵恒逸己内酰胺有限责任 公司是中国石油化工股份有限公司巴陵分公司与恒逸石 化股份有限公司按 5 0 % 5 0 %的 比例共同合资建设的从 事己内酰胺生产、 销售及相关业务 的大型化工企业 , 也是 中国石化与国内民营企业在己内酰胺领域加强合作成立 的首个合资公司。 王菁辉摘 自石化新闻网 ] j 1 J 1 j l 竺J