中國石油大學油罐及管道強度設計期末復習題

PAGE油罐及管道強度設計第1頁共1頁《油罐及管道強度設計》課程綜合復習資料一、單選題1．“管道和儲罐的失效判據(jù)具有通用性，也就是說任一判據(jù)都可以適用于任意場合?！边@種說法（）。A．正確B．錯誤答案：B2．“管道和儲罐設計應遵循“先爆后漏”原則而不是“未爆先漏”原則?！边@種說法（）。A．正確B．錯誤答案：B3．“基于應變的設計方法是一種先進的設計方法，適用于一切管道任意工況的設計。”這種說法（）。A．正確B．錯誤答案：A4．“高風險地區(qū)的管道設計時應具有更高的可靠度，實際設計時采用更大的安全系數(shù)?！边@種說法（）。A．正確B．錯誤答案：B5．“無力矩理論微元平衡方程中的曲率半徑一定是正值?！边@種說法（）。A．正確B．錯誤答案：B6．下列說法中（）是正確的。A．浮船的穩(wěn)定性校核僅包括浮船的側向穩(wěn)定性校核和截面穩(wěn)定性校核兩部分B．根據(jù)“浮頂處于漂浮狀態(tài)時，下表面應與儲液全面接觸”設計單盤板安裝高度時，只要單盤板安裝位置不超過其上限位置Cmax即可C．在計算浮頂積水時的抗沉性時，只要滿足浮船的下沉深度不超過外邊緣板高度，且留有一定裕量即可答案：C7．進行下節(jié)點強度校核時，下節(jié)點處的計算應力不宜超過（）。A．2σsB．σsC．0.9σsD．[σ]答案：C8．圓柱形儲罐罐壁下節(jié)點處的環(huán)向應力為（）。A．接近于零B．γHDC．約等于該處的彎曲應力D．約等于該處的剪切應力答案：A9．Π型補償器可采用（）的辦法來提高其補償能力。A．預先拉伸或預先壓縮B．預先彎曲答案：A10．下列（）補償器補償能力最大。A．L形補償器B．Π型補償器C．波紋管式補償器D．球形補償器答案：B11．下列（）補償器可用于大壓力的油氣管道。A．L形補償器B．Π型補償器C．波紋管式補償器D．球形補償器答案：B12．儲罐和管道的連接一般使用（）補償器。A．L形補償器B．Π型補償器C．波紋管式補償器D．球形補償器答案：C13．當時，將式按（）方法取整之后得到的的數(shù)值即為需要設置的中間抗風圈的數(shù)量。A．四舍五入B．向上取整C．向下取整答案：C14．一般說來，容積最大的等壁厚油罐的公稱容積是（）。A．500B．1000C．2000D．5000答案：B15．5萬米3油罐的直徑大約為（）米。A．40B．60C．80D．100答案：B16．當基本風壓為w時，外浮頂罐罐壁內(nèi)外合成風壓的最大值為（）。A．0.5wB．1.0wC．1.5wD．不確定答案：C17．當基本風壓為w時，拱頂罐罐壁內(nèi)外合成風壓的最大值為（）。A．0.5wB．1.0wC．1.5wD．基本風壓+罐內(nèi)最大負壓答案：D18．管道彈性敷設的曲率半徑不宜小于管道外徑的（）倍。A．10B．00C．500D．1000答案：D19．我國通常將浮頂罐的抗風圈設置在包邊角鋼以下（）的位置上。A．50cmB．100cmC．150cmD．200cm答案：B20．關于管道彈性敷設的曲率半徑錯誤的是（）。A．強度要求B．應超過1000DC．與管溝貼合的要求D．所有需要改變方向的管道皆可采用彈性敷設答案：D21．“對于溫度較高的油氣管道應校核管道的縱向穩(wěn)定性?！边@種說法（）。A．正確B．錯誤答案：A22．“彎曲應力是不同于正應力和剪應力的第三種應力。”這種說法（）。A．正確B．錯誤答案：B23．“對于回轉薄殼來說，任一點的緯線和平行圓是重合的，因此緯線曲率半徑等于平行圓半徑?！边@種說法（）。A．正確B．錯誤答案：B24．空罐條件下，與罐底部不被抬起最大內(nèi)壓的計算無關的力矩是（）。A．風壓作用在罐壁上產(chǎn)生的力矩B．作用在罐頂上的正壓產(chǎn)生的力矩C．罐壁以及罐壁和罐頂支撐構件的總重產(chǎn)生的力矩D．罐基礎對儲罐支撐力產(chǎn)生的力矩答案：D25．管道截面的極慣性矩是截面慣性矩的（）倍。A．0.5B．1C．2D．4答案：C26．儲罐基礎的基本組成按（）的順序一般由素土層、灰土礫石層、砂墊層和瀝青砂層組成。A．自下而上B．自上而下C．視具體情況而定答案：A27．內(nèi)壓作用下薄壁管道的環(huán)向應力是縱向應力的（）倍。A．0.5B．1.0C．1.5D．2.0答案：D28．罐壁下節(jié)點強度校核主要計算（）。A．環(huán)向應力B．經(jīng)向應力C．彎曲應力答案：C29．下面（）說法是錯誤的。A．油罐的罐底由厚度相同的邊緣板和中幅板焊接而成B．罐底邊緣板主要根據(jù)強度條件進行設計C．罐底中幅板主要根據(jù)剛度條件和腐蝕狀況進行設計答案：A30．我國規(guī)定的基本風速時距是（）。A．3秒B．1分鐘C．5分鐘D．10分鐘答案：D二、填空題1．常用的立式圓柱形油罐按其頂?shù)慕Y構可分為拱頂罐、浮頂罐、（）三大種油罐。答案：內(nèi)浮頂罐2．埋地管道設置固定支墩目的是（），支墩類型主要有上托式、預埋式、卡式。答案：限制過渡段的長度3．如果管中介質減壓波的速度和裂紋在金屬中擴展速度之間滿足（）時，裂紋擴展。答案：Vd<Vm4．立式圓柱形油罐罐壁開口補強原則是（）原則。答案：等截面5．如果沿壁厚t為的立式油罐罐壁開一直徑D為的人孔，需要補強的金屬截面積是（）。答案：Dt6．設計油罐時，一般根據(jù)鋼材消耗量最省原則來計算其直徑和高度。根據(jù)此原則計算出的等壁厚拱頂油罐的直徑D與高度H之間滿足的關系是（）。答案：D=H7．柔性系數(shù)是指（）。答案：j方向的單位力在i方向產(chǎn)生的位移8．我國的標準風速是以一般平坦地區(qū)、離地面10米高、30年一遇的（）分鐘平均最大風速為依據(jù)的。答案：109．當管道尺寸滿足（）時，埋地管道必須進行徑向穩(wěn)定性的校核。答案：d/t≥11010．管路的跨度可根據(jù)強度條件和剛度條件進行設計，根據(jù)（）條件確定的跨度在任何條件下都必須得到滿足。答案：強度11．立式油罐直徑小于12.5米時，罐底宜采用矩形邊緣板和中幅板的排版形式；而大于12.5米時，罐底宜采用弓形邊緣板和（）的排版形式。答案：矩形中幅板12．罐壁厚度是根據(jù)（）荷載計算的。答案：液壓13．極限狀態(tài)函數(shù)Z為廣義抗力R與廣義荷載S之差。Z>0，表示結構可靠；Z<0，則結構（）。答案：失效14．當滿足管道剛度與管周土體剛度之比條件時，可以判定埋地管道屬于柔性管道，此時土壤與管道（）承受各種荷載作用。答案：共同15．設計立式圓柱形油罐時，一般根據(jù)最省材料原則來確定直徑和高度。通常，等壁厚油罐的公稱容積不超過（）米3。答案：100016．求解軸對稱問題時若使用無力矩假定，則至少應滿足三個條件，它們分別是（）、殼體上的外載荷應當是連續(xù)的和殼體邊界固定形式應該是自由支承的，且支承載荷的方向與支承處的殼體相切。答案：殼體應具有連續(xù)的曲面17．某地區(qū)的瞬時風速為60，則在該地區(qū)建10,000浮頂罐時，所用抗風圈的最小截面系數(shù)為（）。答案：105518．若某地區(qū)的標準風速為40，則在該地區(qū)建100,000浮頂罐時，所用抗風圈的最小截面系數(shù)不得小于10800。一般說來，抗風圈與罐壁連接處上下各（）倍壁板厚度能與抗風圈同時工作。答案：1619．在材料和設計壓力相同的條件下，曲管的壁厚比直管的壁厚（）。答案：大20．當拱頂罐呼吸閥中壓力閥開啟排氣時，包邊角鋼內(nèi)承受（）應力。答案：壓三、問答題1．地上平面管道熱應力的大小除了與、、有關外，還與哪些因素有關？答案：平面管道熱應力除了與、、有關外，還與管道截面系數(shù)、管線長度及形狀、約束狀況以及補償器的類型、個數(shù)和安裝方式有關。2．圖中表示某管道的拐彎處。已知直管和彎管的壁厚相同，受到內(nèi)壓載荷作用，如圖所示，試比較直管和彎管所受到的應力。答案：內(nèi)壓作用下，直管的軸向應力與彎管相同，沿周向均勻分布。內(nèi)壓作用下，直管的環(huán)向應力處處相等。彎管的環(huán)向應力處處從內(nèi)側A向外側B不斷減小。C、D處的環(huán)向應力與直管的相等。3．圖中表示某管道的拐彎處。已知直管和彎管的壁厚相同，受到縱向彎矩載荷作用，如圖所示，試比較直管和彎管所受到的應力。答案：彎矩作用下，直管道受到線性分布的彎曲應力作用，中性層的彎曲應力為零。彎矩作用下，曲管受到非線性分布的縱向彎曲應力作用，同時環(huán)向彎曲應力作用，最大值在C、D位置。4．如圖所示，管道截面積為A，管材的彈性模量為E，泊松比為ν，受拉力P的作用，試描述該桿件在x、y、z三個方向的應力和應變。答案：；；5．如圖所示，管道中面直徑為d，壁厚為t，管材的彈性模量為E，泊松比為ν，內(nèi)壓p的作用，試描述該桿件在x、y、z三個方向的應力和應變。答案：σx=，6．某個兩端有封頭的薄壁管道受到內(nèi)壓p的作用，求管壁上軸向應力與環(huán)向應力之間的關系。答：因為存在和，所以軸向應力等于環(huán)向應力的一半。7．如圖所示的臥罐，其兩側封頭為半球殼，且厚度與中間的圓柱殼相同。忽略重量，試問該罐受到內(nèi)壓作用時是否所有區(qū)域都可采用無力矩薄殼理論進行分析？若存在不符合矩薄殼理論的區(qū)域，在圖中標示并解釋原因。答案：臥罐受到內(nèi)壓作用時不是所有區(qū)域都可采用無力矩薄殼理論進行分析。封頭與罐體連接處一定范圍內(nèi)不符合無力矩適用條件，其他區(qū)域可以（如圖所示），這是由于罐體和封頭的經(jīng)線曲率半徑不連續(xù)。8．按照材料最省原則，對于容積不超過1000m3答案：容積不超過1000m39．按照材料最省原則，對于容積不超過1000m3答案：容積不超過1000m3的地上立式圓柱形儲罐屬于等壁厚罐，其直徑和高度與V110．在圖上標示某外浮頂罐的抗風圈和加強圈（或中間抗風圈）。答案：11．說明拱頂?shù)脑O計外載荷。答案：拱頂?shù)脑O計外載荷qE包括球殼單位面積上的總重q1和罐頂水平投影面積上的附加設計荷載q2。其中附加設計荷載q212．簡述立式圓柱形儲罐罐壁加強圈的設計思想。答案：立式圓柱形儲罐罐壁加強圈的設計思想：計算出抗風圈或拱頂包邊角鋼至罐底的罐壁區(qū)域的當量筒體，計算該當量筒體的臨界抗風能力，將它與儲罐罐壁的設計風壓進行比較，即計算，得到加強圈的圈數(shù)，將它們均勻布置在當量筒體上，然后再反算到實際罐壁上，并按照規(guī)范選擇加強圈的尺寸。要求中間抗風圈與罐壁環(huán)焊縫間距不得小于150mm，若不滿足，則需要進行適當調(diào)整。13．簡述梯形截面管溝設計寬度的影響因素（比少于3條）。答：在單條管道的情況下，底寬不得小于計算的數(shù)值：B=D0+b。式中：B為管溝底寬，m；D0為鋼管的結構外徑（包括防腐、保溫層的厚度），m；b為14．如圖所示，某直徑為D、壁厚為t的直管道，管內(nèi)最高設計壓力為p，若更換該段直管道的管材，使其許用應力提高一倍，管徑、壁厚不變，則該管道1-1截面處的環(huán)向應力大小如何變化？為什么？答案：該管道1-1截面處的環(huán)向應力大小在更換管材前后不變。，，環(huán)向應力大小與管材許用應力無關。15．簡述外浮頂罐抗風圈的設計方法。答案：（1）抗風圈設置于包邊角鋼以下1m的位置。（2）抗風圈的最小截面系數(shù)滿足Wz16．寫出油氣管道在內(nèi)壓作用下的壁厚計算公式，并說公式中變量的意義。答案：壁厚計算公式t0=pD2σ。式中σ=Fφσs；p為管道設計內(nèi)壓力；D為管道外徑；17．平面管道熱應力的大小與哪些因素有關？答案：平面管道熱應力的大小與下列因素有關：材質、管道剛度、管系形狀約束條件、補償器設計狀況、預拉伸的情況等18．簡述無力矩假定的適用條件。答案：曲面連續(xù)；載荷連續(xù)；自由支承，且支承力與殼面相切。19．從設計和管理兩方面，如何提高含裂紋管道的安全可靠性？答案：從設計上可采取的措施包括：降低管道許用應力；選用高韌性鋼材制造的鋼管；設置止裂器。從管理上可采取的措施包括：降低操作壓力；減少應力循環(huán)次數(shù)；增加裂紋檢測頻率，更換有斷裂危險的管道。20．當從拱頂油罐中抽油過快時，油罐的哪些部位容易發(fā)生破壞？答案：（1）拱頂容易發(fā)生失穩(wěn)性破壞，發(fā)生凹陷。（2）拱頂和罐壁連接的包邊角鋼容易發(fā)生扭曲甚至拉斷。（3）罐壁上部根據(jù)剛度（或穩(wěn)定性）條件設計的部分容易發(fā)生失穩(wěn)凹陷。四、綜合題1．試推導定點法設計油罐壁厚的公式，并說明公式中、H的意義。解：，，又式中：的意義，當儲液重度小于水的重度時，；當儲液重度大于水的重度時，取儲液的重度。為所計算的圈板底部到罐壁頂部或最高儲液位置的高度。2．如圖所示的小型鋼制拱頂罐，罐底為自由支撐，罐壁高度為H，拱頂曲率半徑R與油罐直徑D相同，罐壁及罐頂厚度均為t。罐內(nèi)所裝液體的重度為，充液高度為H0，罐頂部氣體空間壓力為p。罐壁上h處符合無力矩條件，求該位置處的經(jīng)向應力和環(huán)向應力。解：⑴徑向應力⑵環(huán)向應力，故當時，，此時有當時，，此時有3．某拱頂油罐建在基本風壓為W0=80kgf/m2的地區(qū)，油罐的正操作壓力為200mm水柱，真空度50mm水柱，油罐壁的內(nèi)直徑D=12m，罐壁共九層，各層高度均為1.2m，上部八層壁厚都是5mm，下部一層厚度6mm，Kz=1。（1）計算該罐的側壓穩(wěn)定性，如不穩(wěn)定，求出加強圈到罐壁頂端的距離；（2）如果不設加強圈，該罐的抗風能力多大？解：（1）確定加強圈的個數(shù)及位置W0=80kgf/m2=784Pa；200mm水柱=9800×0.2=1960Pa；50mm水柱=9800×0.05=490Pa設計壓力罐壁當量高度罐壁失穩(wěn)的臨界壓力因為，故須設一道加強圈，位于處，無需換算，皆滿足距離環(huán)向焊縫150mm的要求。（2）如果不設加強圈，則解得w如果不設加強圈，該罐的抗風能力為689.4Pa（基本風壓）。4．圖中為埋地管路的入土端，為減少對外部設備的影響，B點設置了固定支墩。已知鋼管規(guī)格為，管頂埋深0.9m，土壤與管道間的摩擦力。管道的安裝溫度為10℃，最高操作溫度為80℃，設計最大工作壓力8.0MPa。根據(jù)要求，允許固定支墩沿管道變形方向位移不超過10mm。試求管道對支墩的最大作用力。解：當℃，時，管道對支墩的作用力最大。由于將及其他相關數(shù)據(jù)代入上式，得5．浮頂油罐，直徑84m，高12.0m共有5層，除頂圈高2.0m之外，其余各層高2.5m，罐壁的有效厚度自上而下分別為：10mm，