深根植物对管道防腐层影响研究.docx

专刊 油号置葺安呈 173深根植物对管道防腐层影响研究罗锋王国丽 单蕾 杜畅(中国石油规划总院，北京 100083)摘要：管道保护法规定，在管道保护核心区域内禁止种植可能损坏管道防腐层的深根植物然 而随着我国管道建设规模的扩大，这一规定在实际执行中遇到了越来越多的矛盾本文根据调研统 计、不同管道防腐层的性能结构特点及开展的材料性能测试的结果，分析了管道防腐层因植物根系 破坏失效的原因，指出 3PE等管道防腐层耐植物根系破坏的材料性能结构特点并进一斯从防腐层类 型、植物种类、自然环境以及提出建议关键词：管道防腐层；深根植物；影响；试验评估随着我国管道建设规模的不断扩大，管道建设 1深根植物对管道防腐层影响分析 占用和穿越农田、果园、林地的土地的数量也在增 1． 1防腐层类型的影响 加根据石油天然气管道保护法的有关规定，在管 根据查询的资料分析研究，发现植物根系对管 道中心线两侧各 5米地域范围内，禁止种植乔木、 道防腐层的破坏多集中于早期采用石油沥青防腐层 灌木、藤类、芦苇、竹子或者其他根系深达管道埋 管道上一方面防腐层本身含有羟基、羧基等等官 设部位可能损坏管道防腐层的深根植物。

然而从实 能团，易被微生物代谢利用，并在上面寄生和繁 际情况看，由于规定内容过于笼统，不仅执行有难 殖，从而引发微生物降解，老化或降解产生的低环度，而且和相关法律法规存在矛盾，由此带来的经 化合物，容易被植物根系吸收并加重破坏；另一方 济影响和社会问题不可忽视因此，开展深根植物 面材料结构不致密，属于溶一凝胶型胶体结构，产 对管道防腐层影响的研究，对于保障管道安全， 生降解老化后，材料部分物理性能 (如针人度 )下 减轻管道建设和管护负担，保护土地资源和农民利 降较快，尤其抗外力挤压能力下降，造成石油沥青 益，具有重要意义 管道防腐层易于被根系穿透能力较强的芦苇等植物作者简介：罗锋 (1965 一 )，高级工程师，北京化工学院应用化学系毕业，主要从事油气储运项目前期规划、防腐专业设计及科研工作174 因蜀刍圈 专刊根系破坏 过根状茎繁殖和种子随风传播繁殖，人为限制芦苇我国 20世纪 80年代中期以前建设的管道几乎全 生长的方式恐怕无法实现 部采用了石油沥青防腐层，由于管道使用年限较长 (已近 40年 )，防腐层老化性能衰变现象严重，加 之防腐层本身的缺陷，因而上世纪 70年代、 80年代 建设的采用石油沥青防腐层的部分管道腐蚀较为严 重，曾发生多起管道腐蚀穿孔泄漏事故。

从 20世纪 90年代起，我国新建管道已很少采用 石油沥青防腐层，而且大部分采用石油沥青防腐层 图 1某管道上方芦苇生长情况 的管道已进行大修或更换随着改性石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧粉末、 3PE等具备较好的抗根系穿 葡萄属于藤本类植物，也是管道保护法第三十 透能力的防腐层在长输管道上的大面积使用，截止 条禁止种植的植物根据对西气东输二线新疆段管 目前，尚未出现植物根系对这些管道防腐层破坏的 道沿线酿酒葡萄及鲜食葡萄葡萄种植区域的现场开 研究报道 挖检测结果，葡萄根系水平分布范围一般为距主 3PE 是由环氧粉末涂层 (底层 )、胶粘剂层 干管道两侧 30cm以内，垂直方向分布一般深度为 (中间层 )、聚乙烯层外层三层结构组成的防腐结 60cm，若土壤质地较硬， 60cm以下土壤基本无根 构体系，其外层聚乙烯层具有优异的抗渗透性、抗 系分布由此基本可以确认西二线管道沿线种植的 生物降解、抗机械穿刺顶压等性能根据国外相关 酿酒葡萄及鲜食葡萄的根系无论是垂直方向分布还 研究机构统计，到 201 off3PE 防腐层已占据了全球 是水平方向分布均在在 100cm 以内。

国外学者研究 整个管道涂层市场的 70％ 发现，根系分别与土壤质地密切相关，当葡萄根系 1． 2植物种类及自然环境的影响 生长产生的力大于其所遇土壤的机械阻力时，根系在所有植物对管道防腐层破坏影响的案例中， 才能继续生长，但当土壤硬度达 N30 kg／ cm2时， 芦苇、慈竹等高大禾本科植物因其根系的顶破、穿 葡萄根系不能穿过土壤；葡萄根系生长的适宜温度 透能力很强，对管道防腐层破坏影响最为严重，国 为 15～ 25℃ ，超过 25℃ 根系将迅速木栓化或死亡 内发现多起芦苇其根系穿透对石油沥青防腐层且根 目前我国大部分新建管道的管顶埋深据地面均大于 系继续生长的现象，造成管道严重腐蚀 1． 0m，管道埋设的深度位置种植葡萄的根系一般1999 ～ 2003 年西南油气田公司开展的不同植物 很少分布 根系对管道防腐层的影响调研的现场调查，四川农 业大学的石锦安对此次调研的 24个树种 109株植物 2管道上方种植植物对策研究根系对防腐层的影响进行了归类统计及分析，认为 2． 1 3PE管道防腐层抗顶压穿透能力植物根系对管道防腐层的破坏影响与植物品种有较 3PE是现阶段我国新建管道选用最多的管道外 大关系，调查中发现慈竹、芦苇等高大禾本科植物 防腐层，本世纪我国修建的西气东输一线、陕京二 以及黄角树、香樟树等部分高大乔木对石油沥青管 线、西气东输二线等大型管道无一例外均选用 3PE 道防腐层影响破坏较大。

涂层为管道外防腐层 3PE的外层为聚乙烯材料，芦苇、竹子属于管道保护法第三十条禁止种植 聚乙烯材料属于非极性结晶高聚物，高分子链排列 的深根植物然而，芦苇、慈竹等禾本科植物在自 规整，堆砌紧密，分子间相互作用较强，物质渗人 然生境中是以根状茎繁殖为主，而且也可以通过种 非常困难；使得氧、水以及其它会促进降解的化学 子繁殖，芦苇的种子就是随风传播的类似芦苇、 物质难于渗透，聚乙烯材料可耐大多数酸碱及油脂 慈竹这些非人工种植、主要靠自然繁殖的植物，设 的侵蚀，聚乙烯在室温不溶于任何溶剂由于聚乙 想若在其适宜生长的大片区域内，采用人为限制种 烯的高相对分子质量结构和其憎水性，使得聚乙烯 植的方式控制植物的生长区间，通常难以做到当 具有良好的抗渗透及抗光氧老化、热氧老化性，可管道从芦苇地通过时，采取人为清除方式限制芦苇 以有效抵抗各种介质及温度变化的影响；在土壤环在管道上方的生长，由于芦苇为横向的根状茎，通 境中，聚乙烯具有很好的抗生物降解性能在植物专刊 罗锋，等：深根植物对管道防腐层影响研究 175适宜生长的温度范围内 (一般不超过 45"C) ，植物 件的顶破强度均大于 3． OMPa这一葡萄根系生长发 的根系分泌物是难以对聚乙烯材料产生溶胀、溶解 育最大压力值，见图 3。

由此可见，葡萄植物根系 等作用的表 1为 PE材料和石油沥青相关结构及性 生长发育产生的扩展力是不能穿透、冲破 3PE管道 能的比较 防腐层的表1 PE材料和石油沥青相关性能比较疆苜 毫巷毫己蝇 石浩而青：爝生骘甍台焉袁．支止熏曼每 10∞‘( ％孵纂主链甍琏吉峰基袭基卑活毒墨暑!t孛垣，王畦上 0曹 0 j‘”、夏链 ▲ 寰 ’s式遵式内 I量 k如蔓 A‘菇幸萼 !砉矗焉襄{々连托 淳一蕞砭型靛体彗捣膏寸手镑喳强摹嚣 ■ 子焉嚏至 ‘}号较强轰警譬 ^ 嚣 _啐帮育一是的． 5矗"要孽子巷哇强矍 强毫焉 最蓄强矍 T足 昌磕碰旱遗 车粤 I吉曼亳比墨要帚复捷置 ■ ，搀埠丘老也专鲁打，托夏郓坪青嘎辞均圭吨主鼋最毫 {：刊碎事链专甍氰量， E： ?可置盹兰声的．盖 ’￡ 基要 舞垆嚣釜可兰趣吱啻．其皂活造善置男于主兰甥碡蟾，．下曼生杞强蹿 杆诗雌嘿系拿若抒运连翼兰宅麓挈 +S幕旺壹 ·} 焉摁丢‘}号 藿钉擐襄王亡左真毒三 t等量暴茉在萁盅圭 t：通过开展模拟防腐层外层 PE材料在土壤环境 中可能遭受的植物根系生长发育生产的顶压状况， 进行的压痕试验测试结果证明：在温度达 23"(2时，5MPa顶推压力对 PE防腐层产生不足 2％的压深比， 图 3管道 PE材料顶破强度与葡萄根系生长力比较lOMPa 顶推压力对 PE防腐层的最大压深比分别为3． 32％； 50"(3时， 10MPa的实验条件下， PE材料 2．2不同区域地段管道外防腐层连型的要求防腐层的压深比也仅为 5％左右。

鉴于石油沥青防腐层易被植物根茎穿透，国家 标准 《 钢质管道外防腐控制规范 》(GB21447 —2008)规定：在芦苇地带和细菌腐蚀较强的地区，不应使 用石油沥青等易被植物穿透和不耐细菌腐蚀的材料 做防腐层；石油行业标准 《 埋地钢制管道石油沥青 防腐层技术标准》 (SY／ T0420—97)中也指明： 石油沥青外防腐层管道不宜敷设在水下或沼泽及芦 苇地带若选用沥青材料作为管道外防腐层的管 道，在管道路由选线时应尽量避绕沼泽、芦苇地带 和细菌腐蚀较强的地区，以防止芦苇等植物根系对 管道防腐层的破坏若采用石油沥青外防腐层的管 道通过芦苇地带和细菌腐蚀较强的地区，应对管道图 2三层 PE防腐层外层 PE材料压痕试验对比 防腐层进行更换对于红柳、梭梭、膜果麻黄等我国新疆、甘 通常植物根系的生长适宜温度在 35℃ 以下，由 肃、内蒙古等西部沙漠地区广泛分的沙漠植物，此看来，对于采用 3PE为管道外防腐层的管道，可 其根系较为发达，大部分主根深达 2m以上，最深 不必过多考虑植物根系生长扩展及根系分泌物对管 者可达 4m～ 5m以下的地下水层沙丘下的红柳， 道防腐层的破坏影响。

根扎得更深，最深、最长的可达 30多米，以汲取水开展的管道外防腐层 PE材料及防腐层补口材料 分若条件适宜，这些沙漠植物多是遍地生根、开 (PE热收缩带 )顶破强度 (抗穿刺力 )实验试验结 花、结果因此，在这些沙漠植物分布较多的地 果证实：在材料下方未附着刚性支撑物的情况下， 区，应慎重选用类似石油沥青等表面强度低的管道 试件顶破时所需的顶破力 (顶破压强 )均大于葡萄 防腐层材料 根系所能承受 3． OMPa的最大土壤推顶力 (即：葡 为防止深根植物对管道损伤、破坏，应从管道 萄根系生长发育扩张力 )，管道外防腐层 PE材料试 本质安全入手，提高管道自我抵御外界破坏的能176 油号篁置安呈 专刊力在管道防腐层选型和管道路由确定时应充分考 物的规定，应充分考虑管道通过区域的环境特点、 虑植物根系可能对防腐层产生的不利影响，尽量选 不同植物的生长发育及根系分布特点以及不同类型 用优异的抗渗透性、抗生物降解、抗机械穿刺能力 防腐层的抗植物根系损伤的能力，区别对待 强的外防腐层类型，女 I： 13PE防腐层 3)加强法律相关条款的基础研究，充分了2． 3合理确定管道周围限种植物种类 解、掌握国内干线管道通过区域农作物、树木等 对于采用石油沥青等易发生微生物降解、表面 植物的生长及根系发育特点，确定其对管道防腐强度低的管道防腐层，在管道中心线两侧各 5m范 层和管道维抢修作业的影响程度和范围，科学、 围内应禁止种植深根植物；对于采用 3PE为外防腐 合理地。

层的管道，其防腐层自身可以有效抵御植物根系的破坏，管道上方及周围植物的限种应主要从是否影 参考文献响管道运行维护及抢险角度考虑 [1】 ．石锦安．深根植物对埋地天然气输气管沥 维抢修工作最重要环节就是用尽可能短的时间 青涂层的影响 [J】 ．四川林业科技， 2005， 26(2)：内到达出事故地点，清除泄漏点周围的障碍物，快 56-60 ． 速开挖进行抢修类似葡萄、构杞等树干根茎不是 很粗壮，人工可以快速清除的，且种植区域车辆可 以进入的，对管道维修与抢修不会产生影响的植 物，在管道的上方或周围是可以种植的；类似黄角 树、香樟树等高大乔木，成年树木根系发达，树干 粗壮，出现紧急情况时，树。