2025年大學(xué)《海洋技術(shù)》專業(yè)題庫——海洋綜合管線工程技術(shù)的研究與應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.海洋綜合管線工程2.腐蝕裕度3.3LPE防腐層4.水下管道懸吊敷設(shè)5.陰極保護(hù)二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述海洋環(huán)境對管道的主要腐蝕因素。2.海洋管道外防腐層常用的有哪幾種類型？簡述其基本原理。3.與陸地管道相比，海洋管道施工面臨哪些主要困難？4.簡述管道水力計算的主要目的和涉及的基本參數(shù)。5.海洋管道在運行過程中需要進(jìn)行哪些方面的監(jiān)測？三、計算題（每題10分，共20分）1.某海洋輸油管道，管徑DN1200mm，壁厚20mm，輸送原油密度850kg/m3，運動粘度40cSt，流速1.5m/s。假設(shè)管道長度為1000米，忽略局部阻力，試計算該段管道的直管水頭損失（以米計），并說明主要考慮的物理現(xiàn)象。（可使用λ=64/Re公式估算沿程阻力系數(shù)）2.一段長度為300米的水平海底管道，管徑DN800mm，壁厚15mm，采用外露懸吊敷設(shè)。管道上方覆蓋沙層厚度2米，海水密度1025kg/m3，管內(nèi)設(shè)計壓力1.6MPa（表壓）。試簡述在安裝和運行時，需要考慮該管道的哪些穩(wěn)定性問題？并說明防止或解決這些問題的主要方法。四、論述題（15分）結(jié)合當(dāng)前海洋工程發(fā)展趨勢，論述海洋綜合管線工程中新材料、新施工技術(shù)或智能化技術(shù)的應(yīng)用前景及其面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、名詞解釋1.海洋綜合管線工程：指在海洋或鄰近海域內(nèi)，為輸送石油、天然氣、水、電、通信信號等目的，進(jìn)行管道路由選擇、管材設(shè)計、施工鋪設(shè)、安裝、維護(hù)、檢修等一系列技術(shù)活動的總稱，通常涉及多學(xué)科交叉和技術(shù)集成。2.腐蝕裕度：為補(bǔ)償管道在設(shè)計和使用壽命期間可能遭受的腐蝕損失，在計算管道壁厚時額外增加的一定厚度，確保管道運行安全。3.3LPE防腐層：指三層聚乙烯防腐層，其結(jié)構(gòu)依次為：底層為環(huán)氧粉末（Epoxy），中間層為膠粘劑（Adhesive），頂層為聚乙烯（PE），三層材料通過熔融共混復(fù)合而成，具有優(yōu)異的附著力和抗腐蝕性。4.水下管道懸吊敷設(shè)：指將管道通過吊桿或懸吊結(jié)構(gòu)支撐在海底以上的水層中敷設(shè)的方式，適用于覆蓋層較薄、海床不穩(wěn)定或需要跨越淺水區(qū)等情況。5.陰極保護(hù)：利用電化學(xué)原理，使管道金屬結(jié)構(gòu)成為電解池的陰極，通過外加電流（陰極保護(hù)）或犧牲陽極材料，防止管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕的一種主動或被動防護(hù)技術(shù)。二、簡答題1.簡述海洋環(huán)境對管道的主要腐蝕因素。解析思路：海洋環(huán)境復(fù)雜，腐蝕因素多樣。需從化學(xué)介質(zhì)、物理因素和生物因素三方面考慮?；瘜W(xué)介質(zhì)包括海水本身（氯離子、硫化物、氧等）、土壤中的電解質(zhì)；物理因素包括海水流動引起的沖刷、溫度變化、海水冰凍和融化；生物因素包括微生物（如硫酸鹽還原菌）的代謝活動產(chǎn)生的腐蝕性物質(zhì)?；卮饝?yīng)涵蓋這些主要方面。答案要點：主要因素包括化學(xué)腐蝕（海水中的氯離子、氧氣、硫化物、二氧化碳等引起的電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕）、物理腐蝕（海水流動沖刷導(dǎo)致的磨損）、生物腐蝕（微生物活動產(chǎn)生的腐蝕性代謝產(chǎn)物）、以及溫度變化、海水冰凍融化引起的物理損傷和應(yīng)力變化等。2.海洋管道外防腐層常用的有哪幾種類型？簡述其基本原理。解析思路：首先列出常用類型，主要是以聚乙烯或環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。然后分別簡述其原理，重點在于多層結(jié)構(gòu)如何協(xié)同作用提高防腐性能。如3LPE通過環(huán)氧粉末的強(qiáng)附著力、膠粘劑的橋接作用和PE層的柔韌性與防水性來綜合防護(hù)；FBE則依靠熔結(jié)環(huán)氧粉末在高溫下與鋼管熔融形成的冶金結(jié)合層提供防護(hù)。答案要點：常用類型主要有熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）、三層聚乙烯（3LPE/3LPP）、環(huán)氧煤瀝青等。原理：FBE利用高溫熔結(jié)使環(huán)氧粉末與鋼管形成冶金結(jié)合，提供優(yōu)異的附著力和耐腐蝕性；3LPE通過環(huán)氧粉末提供附著力和基礎(chǔ)防腐，膠粘劑連接環(huán)氧和PE層，PE層提供韌性、防水性和長期保護(hù)，三者協(xié)同作用提高綜合性能。3.與陸地管道相比，海洋管道施工面臨哪些主要困難？解析思路：分析海洋環(huán)境的特殊性帶來的挑戰(zhàn)。主要包括：作業(yè)空間受限在水下或近海；環(huán)境條件惡劣（鹽霧、潮濕、強(qiáng)波流、低溫、臺風(fēng)等）；受水深、海床條件限制；施工設(shè)備昂貴且操作復(fù)雜；對環(huán)境保護(hù)要求高；檢測和維修難度大等。答案要點：主要困難包括：①環(huán)境惡劣，受海浪、潮汐、洋流、氣象條件影響大；②作業(yè)空間受限，多在水下或近海進(jìn)行；③施工設(shè)備投入大，技術(shù)要求高；④海床條件復(fù)雜，可能影響管道敷設(shè)和穩(wěn)定性；⑤水下檢測、安裝和維修困難且成本高；⑥對海洋生態(tài)保護(hù)要求嚴(yán)格。4.簡述管道水力計算的主要目的和涉及的基本參數(shù)。解析思路：水力計算目的是為了確定管道的輸送能力、壓力損失，為管徑選擇、泵站設(shè)置、能源消耗估算提供依據(jù)。基本參數(shù)包括管道幾何參數(shù)（管徑D、壁厚ε）、流體性質(zhì)（密度ρ、運動粘度ν或動力粘度μ）、流量Q、管道長度L、管壁粗糙度ε'（或沿程阻力系數(shù)λ）、流速v等。答案要點：主要目的：確定管道輸水能力（流量），計算沿程和局部壓力損失，為合理選擇管徑、確定泵站功率或數(shù)量、評估系統(tǒng)能源消耗提供依據(jù)?；緟?shù)：管道內(nèi)徑（或外徑、壁厚）、流體密度和粘度、設(shè)計流量或流速、管道總長度、管道材料粗糙度、局部阻力系數(shù)等。5.海洋管道在運行過程中需要進(jìn)行哪些方面的監(jiān)測？解析思路：運行監(jiān)測是為了保障管道安全、高效、經(jīng)濟(jì)運行。應(yīng)涵蓋管道狀態(tài)、環(huán)境條件、流體參數(shù)以及安全預(yù)警等方面。主要包括：管道應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、變形監(jiān)測、腐蝕監(jiān)測、泄漏檢測、流體參數(shù)監(jiān)測（壓力、溫度、流量）、外防腐層破損檢測、第三方破壞監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等。答案要點：主要包括：①管道應(yīng)力、應(yīng)變和變形監(jiān)測；②管道腐蝕狀況監(jiān)測（如陰極保護(hù)電位、絕緣層破損檢測）；③管道泄漏檢測（聲學(xué)、振動、示蹤氣體等）；④輸送流體的參數(shù)監(jiān)測（壓力、溫度、流量、成分）；⑤管道周邊環(huán)境變化監(jiān)測（如沖刷、沉降）；⑥安全預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)；⑦設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測。三、計算題1.某海洋輸油管道，管徑DN1200mm，壁厚20mm，輸送原油密度850kg/m3，運動粘度40cSt，流速1.5m/s。假設(shè)管道長度為1000米，忽略局部阻力，試計算該段管道的直管水頭損失（以米計），并說明主要考慮的物理現(xiàn)象。（可使用λ=64/Re公式估算沿程阻力系數(shù)）解析思路：計算直管水頭損失需使用達(dá)西-韋斯巴赫公式h_f=λ(L/D)*(v2/2g)。核心是求出沿程阻力系數(shù)λ。由于題目提示，可先假設(shè)流動為層流，使用λ=64/Re計算Re，再判斷流動狀態(tài)是否正確。Re=(ρ*v*D)/ν。計算得到Re后，若為層流（Re<2300），則假設(shè)成立，計算h_f；若為湍流（Re>2300），則需查找或使用更合適的λ計算公式（如Blasius公式或Colebrook公式，但題目限制使用64/Re）。最后說明物理現(xiàn)象主要是流體與管壁的粘性摩擦阻力。答案要點（計算過程）：①計算雷諾數(shù)Re=(850kg/m3*1.5m/s*1.2m)/(40*10??m2/s)=3.06*10?(假設(shè)管徑D=1219.6mm考慮壁厚，但為簡化計算常取外徑D=1200mm)Re=(850*1.5*1.2)/(40*10??)=3.03*10?。②判斷流動狀態(tài)Re=3.03*10?>2300，假設(shè)層流不成立。③需使用湍流公式，但題目限制，無法繼續(xù)精確計算。若僅按層流λ=64/Re計算（作為演示錯誤假設(shè)）：λ=64/3.03*10?≈0.00212。④水頭損失h_f=λ(L/D)*(v2/2g)=0.00212*(1000/1.2)*(1.52/(2*9.81))≈0.466m。⑤物理現(xiàn)象：主要是流體與管壁之間的內(nèi)摩擦阻力（粘性阻力）造成的能量損失。2.一段長度為300米的水平海底管道，管徑DN800mm，壁厚15mm，采用外露懸吊敷設(shè)。管道上方覆蓋沙層厚度2米，海水密度1025kg/m3，管內(nèi)設(shè)計壓力1.6MPa（表壓）。試簡述在安裝和運行時，需要考慮該管道的哪些穩(wěn)定性問題？并說明防止或解決這些問題的主要方法。解析思路：水平懸吊管道的穩(wěn)定性問題主要涉及兩方面：一是管道自身的失穩(wěn)（如發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)），二是管道被水流沖走或懸吊點破壞。分析安裝和運行兩個階段可能遇到的情況。安裝時主要關(guān)注初始安裝狀態(tài)和過程擾動；運行時主要關(guān)注長期載荷和環(huán)境變化。解決方法應(yīng)針對具體問題提出，如增加管道剛度、設(shè)置導(dǎo)向墩、改變懸吊點設(shè)計、采用防沖刷措施等。答案要點：需要考慮的穩(wěn)定性問題：①安裝穩(wěn)定性：在安裝過程中，懸吊點附近可能因受力不均發(fā)生彎曲失穩(wěn)；②運行穩(wěn)定性：在波浪、海流作用下，管道可能發(fā)生縱向漂移、振動甚至被沖斷，懸吊點可能因沖刷或水流沖擊