羅鋒 王國麗 單蕾 杜暢

中國石油規(guī)劃總院

隨著我國管道建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，管道建設(shè)占用和穿越農(nóng)田、果園、林地的土地的數(shù)量也在增加。根據(jù)石油天然氣管道保護(hù)法的有關(guān)規(guī)定，在管道中心線兩側(cè)各5米地域范圍內(nèi)，禁止種植喬木、灌木、藤類、蘆葦、竹子或者其他根系深達(dá)管道埋設(shè)部位可能損壞管道防腐層的深根植物。然而從實(shí)際情況看，由于規(guī)定內(nèi)容過于籠統(tǒng)，不僅執(zhí)行有難度，而且和相關(guān)法律法規(guī)存在矛盾，由此帶來的經(jīng)濟(jì)影響和社會(huì)問題不可忽視。因此，開展深根植物對(duì)管道防腐層影響的研究，對(duì)于保障管道安全，減輕管道建設(shè)和管護(hù)負(fù)擔(dān)，保護(hù)土地資源和農(nóng)民利益具有重要意義。

1 深根植物對(duì)管道防腐層影響分析

1.1 防腐層類型的影響

根據(jù)查詢的資料分析研究，發(fā)現(xiàn)植物根系對(duì)管道防腐層的破壞多集中于早期采用石油瀝青防腐層管道上。一方面防腐層本身含有羥基、羧基等等官能團(tuán)，易被微生物代謝利用，并在上面寄生和繁殖，從而引發(fā)微生物降解，老化或降解產(chǎn)生的低環(huán)化合物，容易被植物根系吸收并加重破壞；另一方面材料結(jié)構(gòu)不致密，屬于溶-凝膠型膠體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生降解老化后，材料部分物理性能（如針入度）下降較快，尤其抗外力擠壓能力下降，造成石油瀝青管道防腐層易于被根系穿透能力較強(qiáng)的蘆葦?shù)戎参锔�系破壞�?/p>

我國20世紀(jì)80年代中期以前建設(shè)的管道幾乎全部采用了石油瀝青防腐層，由于管道使用年限較長（已近40年），防腐層老化性能衰變現(xiàn)象嚴(yán)重，加之防腐層本身的缺陷，因而上世紀(jì)70年代、80年代建設(shè)的采用石油瀝青防腐層的部分管道腐蝕較為嚴(yán)重，曾發(fā)生多起管道腐蝕穿孔泄漏 事故。

從20世紀(jì)90年代起，我國新建管道已很少采用石油瀝青防腐層，而且大部分采用石油瀝青防腐層的管道已進(jìn)行大修或更換。隨著改性石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧粉末、 3PE等具備較好的抗根系穿透能力的防腐層在長輸管道上的大面積使用，截止目前，尚未出現(xiàn)植物根系對(duì)這些管道防腐層破壞的研究報(bào)道。

3PE是由環(huán)氧粉末涂層（底層）、膠粘劑層（中間層）、聚乙烯層外層三層結(jié)構(gòu)組成的防腐結(jié)構(gòu)體系，其外層聚乙烯層具有優(yōu)異的抗?jié)B透性、抗生物降解、抗機(jī)械穿刺頂壓等性能。根據(jù)國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，到2010年3PE防腐層已占據(jù)了全球整個(gè)管道涂層市場(chǎng)的70%。

2.2 植物種類及自然環(huán)境的影響

在所有植物對(duì)管道防腐層破壞影響的案例中，蘆葦、慈竹等高大禾本科植物因其根系的頂破、穿透能力很強(qiáng)，對(duì)管道防腐層破壞影響最為嚴(yán)重，國內(nèi)發(fā)現(xiàn)多起蘆葦其根系穿透對(duì)石油瀝青防腐層且根系繼續(xù)生長的現(xiàn)象，造成管道嚴(yán)重腐蝕。

1999～2003年西南油氣田公司開展的不同植物根系對(duì)管道防腐層的影響調(diào)研的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)的石錦安對(duì)此次調(diào)研的24個(gè)樹種109株植物根系對(duì)防腐層的影響進(jìn)行了歸類統(tǒng)計(jì)及分析，認(rèn)為植物根系對(duì)管道防腐層的破壞影響與植物品種有較大關(guān)系，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)慈竹、蘆葦?shù)雀叽蠛瘫究浦参镆约包S角樹、香樟樹等部分高大喬木對(duì)石油瀝青管道防腐層影響破壞較大。

蘆葦、竹子屬于管道保護(hù)法第三十條禁止種植的深根植物。然而，蘆葦、慈竹等禾本科植物在自然生境中是以根狀莖繁殖為主，而且也可以通過種子繁殖，蘆葦?shù)姆N子就是隨風(fēng)傳播的。類似蘆葦、慈竹這些非人工種植、主要靠自然繁殖的植物，設(shè)想若在其適宜生長的大片區(qū)域內(nèi)，采用人為限制種植的方式控制植物的生長區(qū)間，通常難以做到。當(dāng)管道從蘆葦?shù)赝ㄟ^時(shí)，采取人為清除方式限制蘆葦在管道上方的生長，由于蘆葦橫向的根狀莖，通過根狀莖繁殖和種子隨風(fēng)傳播繁殖，人為限制蘆葦生長方式恐怕無法實(shí)現(xiàn)。

葡萄屬于藤本類植物，也是管道保護(hù)法第三十條禁止種植的植物。根據(jù)對(duì)西氣東輸二線新疆段管道沿線釀酒葡萄及鮮食葡萄種植區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)開挖檢測(cè)結(jié)果，葡萄根系水平分布范圍一般為距主干管道兩側(cè)30cm以內(nèi)，垂直方向分布一般深度為60cm，若土壤質(zhì)地較硬，60cm以下土壤基本無根系分布。由此基本可以確認(rèn)西二線管道沿線種植的釀酒葡萄及鮮食葡萄的根系無論是垂直方向分布還是水平方向分布均在在100cm以內(nèi)。國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，根系分別與土壤質(zhì)地密切相關(guān)，當(dāng)葡萄根系生長產(chǎn)生的力大于其所遇土壤的機(jī)械阻力時(shí)，根系才能繼續(xù)生長，但當(dāng)土壤硬度達(dá)到30 kg/cm2時(shí)，葡萄根系不能穿過土壤；葡萄根系生長的適宜溫度為15～25℃，超過25℃根系將迅速木栓化或死亡。目前我國大部分新建管道的管頂埋深據(jù)地面均大于1.0m，管道埋設(shè)的深度位置種植葡萄的根系一般很少分布。

2 管道上方種植植物對(duì)策研究

2.1 3PE管道防腐層抗頂壓穿透能力

3PE是現(xiàn)階段我國新建管道選用最多的管道外防腐層，本世紀(jì)我國修建的西氣東輸一線、陜京二線、西氣東輸二線等大型管道無一例外均選用3PE涂層為管道外防腐層。3PE的外層為聚乙烯材料，聚乙烯材料屬于非極性結(jié)晶高聚物，高分子鏈排列規(guī)整，堆砌緊密，分子間相互作用較強(qiáng)，物質(zhì)滲入非常困難；使得氧、水以及其它會(huì)促進(jìn)降解的化學(xué)物質(zhì)難于滲透，聚乙烯材料可耐大多數(shù)酸堿及油脂的侵蝕，聚乙烯在室溫不溶于任何溶劑。由于聚乙烯的高相對(duì)分子質(zhì)量結(jié)構(gòu)和其憎水性，使得聚乙烯具有良好的抗?jié)B透及抗光氧老化、熱氧老化性，可以有效抵抗各種介質(zhì)及溫度變化的影響；在土壤環(huán)境中，聚乙烯具有很好的抗生物降解性能。在植物適宜生長的溫度范圍內(nèi)（一般不超過45℃），植物的根系分泌物是難以對(duì)聚乙烯材料產(chǎn)生溶脹、溶解等作用的。表1為PE材料和石油瀝青相關(guān)結(jié)構(gòu)及性能的比較。

通過開展模擬防腐層外層PE材料在土壤環(huán)境中可能遭受的植物根系生長發(fā)育生產(chǎn)的頂壓狀況，進(jìn)行的壓痕試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明：在溫度達(dá)23℃時(shí)，5MPa頂推壓力對(duì)PE防腐層產(chǎn)生不足2%的壓深比，10MPa頂推壓力對(duì)PE防腐層的最大壓深比為3.32%；50℃時(shí)，10MPa的實(shí)驗(yàn)條件下，PE材料防腐層的壓深比也僅為5%左右。

通常植物根系的生長適宜溫度在35℃以下。由此看來，對(duì)于采用3PE為管道外防腐層的管道，可不必過多考慮植物根系生長擴(kuò)展及根系分泌物對(duì)管道防腐層的破壞影響。

開展的管道外防腐層PE材料及防腐層補(bǔ)口材料（PE熱收縮帶）頂破強(qiáng)度（抗穿刺力）實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：在材料下方未附著剛性支撐物的情況下，試件頂破時(shí)所需的頂破力（頂破壓強(qiáng)）均大于葡萄根系所能承受3.0MPa的最大土壤推頂力（即：葡萄根系生長發(fā)育擴(kuò)張力），管道外防腐層PE材料試件的頂破強(qiáng)度均大于3.0MPa這一葡萄根系生長發(fā)育最大壓力值，見圖3。由此可見，葡萄植物根系生長發(fā)育產(chǎn)生的擴(kuò)展力是不能穿透、沖破3PE腐層的。

2.2 不同區(qū)域地段管道外防腐層選型的要求

鑒于石油瀝青防腐層易被植物根莖穿透，國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼質(zhì)管道外防腐控制規(guī)范》 (GB21447-2008)規(guī)定：在蘆葦?shù)貛Ш图?xì)菌腐蝕較強(qiáng)的地區(qū)，不應(yīng)使用石油瀝青等易被植物穿透和不耐細(xì)菌腐蝕的材料做防腐層；石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《埋地鋼制管道石油瀝青防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（SY/T0420-97）中也指明：石油瀝青外防腐層管道不宜敷設(shè)在水下或沼澤及蘆葦?shù)貛АＨ暨x用瀝青材料作為管道外防腐層的管道，在管道路由選線時(shí)應(yīng)盡量避繞沼澤、蘆葦?shù)貛Ш图?xì)菌腐蝕較強(qiáng)的地區(qū)，以防止蘆葦?shù)戎参锔�系�?duì)管道防腐層的破壞。若采用石油瀝青外防腐層的管道通過蘆葦?shù)貛Ш图?xì)菌腐蝕較強(qiáng)的地區(qū)，應(yīng)對(duì)管道防腐層進(jìn)行更換。

對(duì)于紅柳、梭梭、膜果麻黃等我國新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等西部沙漠地區(qū)廣泛分布的植物，其根系較為發(fā)達(dá)，大部分主根深達(dá)2m以上，最深者可達(dá)4m～5m以下的地下水層。沙丘下的紅柳，根扎得更深，最深、最長的可達(dá)30多米，以汲取水分。若條件適宜，這些沙漠植物多是遍地生根、開花、結(jié)果。因此，在這些沙漠植物分布較多的地區(qū)，應(yīng)慎重選用類似石油瀝青等表面強(qiáng)度低的管道防腐層材料。

為防止深根植物對(duì)管道損傷、破壞，應(yīng)從管道本質(zhì)安全入手，提高管道自我抵御外界破壞的能力。在管道防腐層選型和管道路由確定時(shí)應(yīng)充分考慮植物根系可能對(duì)防腐層產(chǎn)生的不利影響，盡量選用優(yōu)異的抗?jié)B透性、抗生物降解、抗機(jī)械穿刺能力強(qiáng)的外防腐層類型，如3PE防腐層。

2.3 合理確定管道周圍限種植物種類

對(duì)于采用石油瀝青等易發(fā)生微生物降解、表面強(qiáng)度低的管道防腐層，在管道中心線兩側(cè)各5m范圍內(nèi)應(yīng)禁止種植深根植物；對(duì)于采用3PE為外防腐層的管道，其防腐層自身可以有效抵御植物根系的破壞，管道上方及周圍植物的限種應(yīng)主要從是否影響管道運(yùn)行維護(hù)及搶險(xiǎn)角度考慮。

維搶修工作最重要環(huán)節(jié)就是用盡可能短的時(shí)間到達(dá)事故地點(diǎn)，清除泄漏點(diǎn)周圍的障礙物，快速開挖進(jìn)行搶修。類似葡萄、枸杞等樹干根莖不是很粗壯，人工可以快速清除的，且種植區(qū)域車輛可以進(jìn)入的，對(duì)管道維修與搶修不會(huì)產(chǎn)生影響的植物，在管道的上方或周圍是可以種植的。類似黃角樹、香樟樹等高大喬木，成年樹木根系發(fā)達(dá)，樹干粗壯，出現(xiàn)緊急情況時(shí)，樹木砍伐、根系清除十分困難，有可能延誤搶險(xiǎn)處置時(shí)間，使險(xiǎn)情得不到及時(shí)、有效的處置，在管道中心線兩側(cè)各5m范圍內(nèi)不宜種植。類似蘆葦、竹子等在特定區(qū)域內(nèi)以自然繁殖為主的植物，若其枝干未過于粗壯，出現(xiàn)緊急情況時(shí)，易于砍伐、可快速清除，正常情況下應(yīng)允許其自然生長，不必砍伐、清除。若枝干粗壯，不易砍伐、清除，且有可能妨礙維搶修作業(yè)的，應(yīng)及時(shí)砍伐、清除。

3 關(guān)于實(shí)施管道保護(hù)法第三十條

管道保護(hù)法第三十條規(guī)定在管道中心線兩側(cè)5m的地域范圍內(nèi)禁止種植喬木、灌木、藤類、蘆葦、竹子或者其他深根植物的主要理由，是基于植物的根系可能損壞管道防腐層使防腐層失效、妨礙管道的正常維護(hù)及應(yīng)急搶險(xiǎn)作業(yè)。根據(jù)本文的分析研究，提出如下建議。

1）根據(jù)調(diào)查、了解的信息，植物根系對(duì)管道防腐層的損傷僅限于石油瀝青管道防腐層，管道保護(hù)法第三十條規(guī)定是否針對(duì)所有類型的管道防腐層，建議相關(guān)部門審慎考慮。

2）我國地域遼闊，植物種類繁多，不同種類的植物其根系發(fā)育特點(diǎn)差異顯著，即使同種類型的植物，因生長地域和環(huán)境的不同，根系的生長發(fā)育差異也不盡相同。有關(guān)管道上方及周圍限制種植植物的規(guī)定，應(yīng)充分考慮管道通過區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)、不同植物的生長發(fā)育及根系分布特點(diǎn)以及不同類型防腐層的抗植物根系損傷的能力，區(qū)別對(duì)待。

3）加強(qiáng)法律相關(guān)條款的基礎(chǔ)研究，充分了解、掌握國內(nèi)干線管道通過區(qū)域農(nóng)作物、樹木等植物的生長及根系發(fā)育特點(diǎn)，確定其對(duì)管道防腐層和管道維搶修作業(yè)的影響程度和范圍，科學(xué)、合理地加以限制。 ◢

參考文獻(xiàn)

[1].石錦安. 深根植物對(duì)埋地天然氣輸氣管瀝青涂層的影響[J]. 四川林業(yè)科技, 2005, 26(2): 56-60.

（作者：羅鋒，高級(jí)工程師，1965年生，北京化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系畢業(yè)，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目前期規(guī)劃、防腐專業(yè)設(shè)計(jì)及科研工作）

2014年第3期（總第16期）