研究生入學考試考題油氣儲運專業(yè)綜合考試(含答案)一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種管材常用于長輸天然氣管道？（）A.鑄鐵管B.無縫鋼管C.塑料管D.鋼筋混凝土管答案：B。無縫鋼管具有強度高、密封性好等優(yōu)點，適合長距離輸送天然氣等高壓流體，而鑄鐵管多用于供水等低壓系統(tǒng)；塑料管一般用于室內(nèi)小口徑管道；鋼筋混凝土管常用于排水等領(lǐng)域。2.油品在管道中流動時，其雷諾數(shù)Re主要與以下哪些因素有關(guān)？（）A.管徑、流速、油品密度、油品動力粘度B.管徑、流量、油品密度、油品運動粘度C.管徑、流速、油品密度、油品運動粘度D.管徑、流量、油品質(zhì)量、油品動力粘度答案：C。雷諾數(shù)的計算公式為$Re=\frac{vd}{\nu}$，其中$v$是流速，$d$是管徑，$\nu$是運動粘度，運動粘度$\nu=\frac{\mu}{\rho}$（$\mu$是動力粘度，$\rho$是密度），所以雷諾數(shù)與管徑、流速、油品密度、油品運動粘度有關(guān)。3.輸油管道的摩阻損失與以下哪個因素的平方成正比？（）A.管徑B.流量C.油品密度D.管道長度答案：B。根據(jù)達西-威斯巴赫公式$h_f=\lambda\frac{l}z3jilz61osys\frac{v^{2}}{2g}$，流量$Q=vA$（$A$為管道橫截面積），在其他條件不變時，摩阻損失與流速的平方成正比，也就與流量的平方成正比。4.天然氣的壓縮因子Z反映了天然氣的（）。A.壓縮性B.流動性C.可燃性D.溶解性答案：A。壓縮因子$Z=\frac{pV}{nRT}$，它是實際氣體狀態(tài)方程與理想氣體狀態(tài)方程的比值，反映了天然氣偏離理想氣體的程度，即天然氣的壓縮性。5.原油的凝固點主要取決于（）。A.原油中的蠟含量B.原油中的膠質(zhì)含量C.原油中的瀝青質(zhì)含量D.原油中的水分含量答案：A。原油中的蠟在溫度降低時會逐漸結(jié)晶析出，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使原油失去流動性而凝固，所以原油的凝固點主要取決于蠟含量。6.油氣集輸系統(tǒng)中，常用的分離設(shè)備是（）。A.過濾器B.換熱器C.分離器D.泵答案：C。分離器的作用是將油氣水等多相混合物進行分離，是油氣集輸系統(tǒng)中常用的關(guān)鍵設(shè)備；過濾器主要用于去除流體中的雜質(zhì)；換熱器用于熱量交換；泵用于輸送流體。7.對于埋地輸油管道，為了防止土壤腐蝕，通常采用的措施是（）。A.涂覆防腐涂層B.陰極保護C.兩者結(jié)合使用D.增加管道壁厚答案：C。涂覆防腐涂層可以隔離管道與土壤的接觸，減少腐蝕的發(fā)生；陰極保護則是通過外加電流或犧牲陽極的方式，使管道成為陰極而得到保護。兩者結(jié)合使用能更有效地防止土壤腐蝕，單純增加管道壁厚不是主要的防腐措施。8.長輸管道的水力坡降線是指（）。A.管道沿線各點的壓力水頭連線B.管道沿線各點的位置水頭連線C.管道沿線各點的總水頭連線D.管道沿線各點的流速水頭連線答案：A。水力坡降線表示管道沿線各點的壓力水頭變化情況，反映了流體在管道中流動時壓力的損失。9.油氣儲存中，浮頂油罐與拱頂油罐相比，其主要優(yōu)點是（）。A.造價低B.安全性高C.減少油品蒸發(fā)損耗D.占地面積小答案：C。浮頂油罐的浮頂隨著油面的升降而升降，能減少油品與空氣的接觸面積，從而大大減少油品的蒸發(fā)損耗；一般來說浮頂油罐造價相對較高；安全性方面兩者各有特點；占地面積與油罐的規(guī)格有關(guān)，并非浮頂油罐的主要優(yōu)勢。10.天然氣脫水的主要目的是（）。A.提高天然氣的熱值B.防止天然氣在輸送過程中形成水合物C.降低天然氣的含水量以滿足環(huán)保要求D.便于天然氣的儲存答案：B。天然氣中的水分在一定條件下會形成水合物，堵塞管道和設(shè)備，脫水的主要目的就是防止水合物的形成；脫水對提高熱值影響不大；環(huán)保要求不是脫水的主要目的；雖然脫水對儲存有一定好處，但防止水合物形成是更關(guān)鍵的因素。二、填空題（每題3分，共30分）1.油氣儲運系統(tǒng)主要由油氣生產(chǎn)集輸、長距離輸送和儲存與銷售三大部分組成。解析：油氣從開采出來到最終到達用戶手中，需要經(jīng)過集輸、長距離運輸以及儲存和銷售等環(huán)節(jié)，這是油氣儲運系統(tǒng)的基本架構(gòu)。2.牛頓流體的特點是切應力與速度梯度成正比，其比例系數(shù)為動力粘度。解析：根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律$\tau=\mu\frac{du}{dy}$，其中$\tau$是切應力，$\frac{du}{dy}$是速度梯度，$\mu$是動力粘度，符合該定律的流體為牛頓流體。3.原油的粘溫特性是指原油的粘度隨溫度變化的特性，一般來說，溫度升高，原油粘度降低。解析：原油中分子間的作用力隨溫度變化，溫度升高，分子熱運動加劇，分子間的束縛力減弱，導致粘度降低。4.天然氣的主要成分是甲烷，其爆炸極限為5%-15%（體積分數(shù)）。解析：甲烷是天然氣的主要成分，當天然氣在空氣中的含量處于爆炸極限范圍內(nèi)時，遇火源會發(fā)生爆炸。5.輸油管道的水力計算主要包括沿程摩阻損失計算和局部摩阻損失計算。解析：流體在管道中流動時，會產(chǎn)生沿程的摩擦阻力損失和局部的阻力損失，準確計算這兩種損失對于管道的設(shè)計和運行至關(guān)重要。6.油氣集輸流程按其密閉程度可分為開式流程和密閉流程。解析：開式流程中油氣與大氣有接觸，而密閉流程能避免油氣與大氣接觸，減少油品蒸發(fā)損耗和環(huán)境污染。7.油罐的附件主要有呼吸閥、安全閥、量油孔、人孔等。解析：呼吸閥用于調(diào)節(jié)油罐內(nèi)的壓力，保證油罐的安全；安全閥在油罐壓力過高時起跳泄壓；量油孔用于測量油罐內(nèi)油品的液位等參數(shù)；人孔方便人員進入油罐進行檢修等操作。8.管道的清管作業(yè)是為了清除管道內(nèi)的雜質(zhì)、積液和腐蝕產(chǎn)物，保證管道的輸送效率和運行安全。解析：管道在運行過程中會積累雜質(zhì)、積液和腐蝕產(chǎn)物，這些會增加管道的摩阻，降低輸送效率，甚至影響管道的安全運行，清管作業(yè)可以有效解決這些問題。9.天然氣水合物是由天然氣中的烴類氣體和水在一定的溫度和壓力條件下形成的籠形結(jié)晶化合物。解析：在低溫高壓條件下，天然氣中的烴類氣體（如甲烷等）分子會被水分子形成的籠形結(jié)構(gòu)所包裹，形成水合物。10.管道的防腐涂層應具有良好的附著力、耐腐蝕性和絕緣性等性能。解析：良好的附著力能保證涂層牢固地附著在管道表面；耐腐蝕性可以防止涂層被周圍介質(zhì)腐蝕；絕緣性可以阻止電流通過，減少電化學腐蝕的發(fā)生。三、簡答題（每題10分，共40分）1.簡述原油加熱輸送的原理和優(yōu)缺點。答：原理：原油的粘度隨溫度升高而降低，通過加熱提高原油的溫度，降低其粘度，從而減小原油在管道中流動的摩阻，提高管道的輸送能力。優(yōu)點：-可以輸送高粘度、高凝固點的原油，擴大了可輸送原油的范圍。-降低了管道的摩阻損失，減少了輸送所需的動力消耗，提高了管道的輸送效率。缺點：-需要消耗大量的能源用于加熱原油，運行成本較高。-加熱設(shè)備和保溫設(shè)施的投資較大，增加了管道建設(shè)的初期成本。-加熱會使原油中的輕質(zhì)組分揮發(fā)，造成一定的油品損失，同時也可能對環(huán)境造成一定的污染。2.分析天然氣管道內(nèi)形成水合物的危害及防止措施。答：危害：-堵塞管道和設(shè)備：水合物會在管道和設(shè)備中形成固體結(jié)晶，導致管道流通面積減小，甚至完全堵塞，影響天然氣的正常輸送。-損壞管道和設(shè)備：水合物的形成和分解過程可能會引起壓力波動，對管道和設(shè)備造成機械損傷，縮短其使用壽命。-影響計量精度：水合物的存在會影響天然氣的流量和壓力測量，導致計量誤差增大。防止措施：-脫水：通過脫水設(shè)備將天然氣中的水分脫除到一定程度，使其在輸送過程中不會形成水合物。常用的脫水方法有吸附法、吸收法等。-加熱：提高天然氣的溫度，使其高于水合物形成的溫度范圍?？梢圆捎眉訜釥t等設(shè)備對天然氣進行加熱。-降壓：降低天然氣的壓力，使水合物形成的條件不滿足。但降壓可能會影響管道的輸送能力，需要綜合考慮。-添加抑制劑：向天然氣中添加水合物抑制劑，如甲醇、乙二醇等，改變水合物的形成條件，抑制水合物的生成。3.說明油氣集輸系統(tǒng)中多相流分離的基本原理和常用設(shè)備。答：基本原理：多相流分離主要是利用油氣水等各相之間的密度差異、表面張力等物理性質(zhì)的不同，在一定的設(shè)備和條件下，使各相實現(xiàn)分離。例如，在重力作用下，密度大的液體（水）會下沉，密度小的氣體和油會上??；利用離心力可以加速各相的分離。常用設(shè)備：-臥式分離器：結(jié)構(gòu)簡單，處理能力大，適用于氣液分離。它利用重力使液體在底部沉降，氣體從頂部排出。-立式分離器：占地面積小，適用于處理含液量較高的多相流。氣體從底部進入，在上升過程中與液體分離，液體從底部排出。-三相分離器：可以同時實現(xiàn)油氣水三相的分離。通過內(nèi)部的分離元件和結(jié)構(gòu)設(shè)計，使油氣水在不同的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分離。-旋流分離器：利用離心力進行分離，具有分離效率高、體積小等優(yōu)點。多相流以切線方向進入旋流分離器，在離心力作用下，密度大的相被甩向外側(cè)，密度小的相在內(nèi)側(cè)，從而實現(xiàn)分離。4.闡述輸油管道泄漏檢測的常用方法及其優(yōu)缺點。答：常用方法及優(yōu)缺點如下：-直接檢測法：-人工巡檢：通過工作人員定期在管道沿線進行巡查，直接觀察管道是否有泄漏現(xiàn)象。優(yōu)點是直觀可靠，能及時發(fā)現(xiàn)明顯的泄漏點；缺點是勞動強度大，檢測范圍有限，不能實時監(jiān)測，對于微小泄漏難以發(fā)現(xiàn)。-光纖檢漏：利用光纖傳感器檢測管道周圍的溫度、應變等物理量的變化來判斷是否泄漏。優(yōu)點是靈敏度高，可實現(xiàn)分布式監(jiān)測，能準確定位泄漏點；缺點是成本較高，安裝和維護難度較大。-間接檢測法：-壓力梯度法：通過監(jiān)測管道沿線的壓力變化，根據(jù)壓力梯度的異常來判斷是否泄漏。優(yōu)點是簡單易行，成本較低；缺點是對微小泄漏不敏感，容易受到管道運行工況變化的影響。-流量平衡法：比較管道進出口的流量，當兩者差值超過一定范圍時判斷為泄漏。優(yōu)點是原理簡單；缺點是對于長距離管道，由于測量誤差等因素，難以準確判斷泄漏情況，且無法準確定位泄漏點。-聲波檢測法：利用泄漏產(chǎn)生的聲波信號進行檢測。優(yōu)點是響應速度快，能快速發(fā)現(xiàn)泄漏；缺點是聲波在管道中的傳播受多種因素影響，定位精度有限，且容易受到外界噪音干擾。四、計算題（每題30分，共60分）1.某輸油管道內(nèi)徑為500mm，油品的運動粘度為$1.5\times10^{-4}m^{2}/s$，流量為$0.5m^{3}/s$。試判斷油品在管道中的流態(tài)，并計算每公里管道的沿程摩阻損失（取管壁絕對粗糙度$\Delta=0.2mm$，重力加速度$g=9.8m/s^{2}$）。解：（1）首先計算流速$v$：管道橫截面積$A=\frac{\pi}{4}d^{2}=\frac{\pi}{4}\times(0.5)^{2}=0.1963m^{2}$流速$v=\frac{Q}{A}=\frac{0.5}{0.1963}=2.55m/s$（2）然后計算雷諾數(shù)$Re$：$Re=\frac{vd}{\nu}=\frac{2.55\times0.5}{1.5\times10^{-4}}=8500$因為$Re>4000$，所以油品在管道中的流態(tài)為紊流。（3）接下來計算沿程阻力系數(shù)$\lambda$：相對粗糙度$\frac{\Delta}z3jilz61osys=\frac{0.2}{500}=0.0004$對于紊流，可采用莫迪圖或柯列勃洛克公式計算$\lambda$，這里采用柯列勃洛克公式$\frac{1}{\sqrt{\lambda}}=-2\lg(\frac{\Delta}{3.7d}+\frac{2.51}{Re\sqrt{\lambda}})$采用試算法，先假設(shè)$\lambda=0.02$，代入公式右邊：$-2\lg(\frac{0.2}{3.7\times500}+\frac{2.51}{8500\times\sqrt{0.02}})=-2\lg(0.000108+0.0053)=-2\lg(0.005408)\approx5.14$$\frac{1}{\sqrt{0.02}}\approx7.07$，假設(shè)值不準確。再假設(shè)$\lambda=0.022$，代入公式右邊：$-2\lg(\frac{0.2}{3.7\times500}+\frac{2.51}{8500\times\sqrt{0.022}})=-2\lg(0.000108+0.0051)\approx5.23$$\frac{1}{\sqrt{0.022}}\approx6.74$，繼續(xù)調(diào)整。假設(shè)$\lambda=0.023$，代入公式右邊：$-2\lg(\frac{0.2}{3.7\times500}+\frac{2.51}{8500\times\sqrt{0.023}})=-2\lg(0.000108+0.0050)\approx5.26$$\frac{1}{\sqrt{0.023}}\approx6.6$，假設(shè)$\lambda=0.023$較為接近。（4）最后計算每公里管道的沿程摩阻損失$h_f$：根據(jù)達西-威斯巴赫公式$h_f=\lambda\frac{l}z3jilz61osys\frac{v^{2}}{2g}$，$l=1000m$$h_f=0.023\times\frac{1000}{0.5}\times\frac{2.55^{2}}{2\times9.8}=0.023\times2000\times\frac{6.5025}{19.6}\approx15.17m$答：油品在管道中的流態(tài)為紊流，每公里管道的沿程摩阻損失約為15.17m。2.某天然氣管道，管徑為300mm，長度為50km，入口壓力為5MPa，出口壓力為3MPa，天然氣的平均溫度為20℃，壓縮因子$Z=0.9$，天然氣的相對密度為0.6（空氣相對密度為1）。試計算天然氣的流量（標準狀態(tài)下，$p_0=0.1013MPa$，$T_0=293K$）。解：（1）首先計算天然氣的密度$\rho$：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程$pV=nRT$，$n=\frac{m}{M}$（$m$為質(zhì)量，$M$為摩爾質(zhì)量），則$\rho=\frac{m}{V}=\frac{pM}{RT}$空氣的摩爾質(zhì)量$M_{air}=29g/mol$，天然氣的相對密度為0.6，則天然氣的摩爾質(zhì)量$M=0.6\times29=17.4g/mol=0.0174kg/mol$平均壓力$p_{avg}=\frac{p_1+p_2}{2}=\frac{5+3}{2}=4MPa=4\times10^{6}Pa$溫度$T=20+273=293K$實際氣體狀態(tài)方程$pV=ZnRT$，則$\rho=\frac{pM}{ZRT}=\frac{4\times10^{6}\times0.0174}{0.9\times8.314\times293}\approx31.4kg/m^{3}$（2）然后根據(jù)范寧公式$p_1^{2}-p_2^{2}=\frac{16\lambdaG^{2}LRTZ}{\pi^{2}d^{5}\rho}$（$G$為質(zhì)量流量）對于天然氣管道，假設(shè)流動為紊流，可采用常用的經(jīng)驗公式計算$\lambda$，這里暫不詳細計算$\lambda$，采用簡化的輸氣管道流量公式$Q=\frac{\pi}{4}d^{2}\sqrt{\frac{(p_1^{2}-p_2^{2})d^{5}}{16\lambdaLRTZ}}$先不考慮$\lambda$，根據(jù)公式$Q_{sc}=\frac{QpT_0}{p_0T}$（$Q_{sc}$為標準狀態(tài)下的體積流量，$Q$為實際狀態(tài)下的體積流量）根據(jù)能量方程$p_1^{2}-p_2^{2}=\frac{16\lambdaG^{2}LRTZ}{\pi^{2}d^{5}\rho}$，變形可得$G=\sqrt{\frac{\pi^{2}d^{5}(p_1^{2}-p_2^{2})}{16\lambdaLRTZ\rho}}$體積流量$Q=\frac{G}{\rho}=\sqrt{\frac{\pi^{2}d^{5}(p_1^{2}-p_2^{2})}{16\lambdaLRTZ\rho^{2}}}$假設(shè)$\lamb