本实用新型涉及一种液、气固两相流管路冲蚀演示实验装置，属于油气田开发流动保障技术领域。
背景技术：
实际生产中地面管线的冲蚀问题是一直无法避免的问题，伴随管线冲蚀所引起的风险时有发生，比如冲蚀引起管线穿孔、造成管线磨损等问题。一般油气井生产过程中地层都会出砂，产出的气体或者流体或多或少带有一定砂粒，含砂的流体进入管道，会造成管壁磨损、引起管道的振动及噪音。现有管线冲蚀的研究手段有软件模拟和冲蚀实验。冲蚀试验装置按其结构形式分为旋转式冲蚀实验、管流式冲蚀实验、喷射式冲蚀实验、射流式实验装置，这些方式的优缺点具体如下：
旋转式实验装置的优点：设备简单、成本低、易操作、实验周期短、维修方便等优点；缺点：由于试样不停地旋转，不易于进行电化学分析测试，更不易控制冲蚀角度，此外旋转造成的涡流会对冲蚀速度造成影响故而不能准确测量冲蚀临界速度。
管流式冲蚀装置的主要优点是能够很好模拟管道冲刷的实际工况，能结合流体力学相关原理解释实际应用现象，实用性很强；缺点是由于管道占据空间大，所需试验所需的溶液量大，周期长，费用高，且承受的压力最大只有2Mpa，不能模拟高压环境。
喷射式冲蚀实验的优点可准确控制流体流速，实验周期短；缺点是很难精确控制料浆液流的流速，不是循环系统，且仅在常压下进行。其中，喷射式实验装置研究冲蚀是目前国内外对冲蚀研究一种主要的实验方法。
射流式冲蚀装置是利用高速流体经射流装置产生的负压将砂粒吸入腔室与液体混合，然后经喷嘴喷至测试试样表面，能很好控制流速和冲蚀角度，为循环系统，也易电化学的分析测试；缺点是冲蚀试样仅为一薄片，与实际冲蚀元件不一致，且测试步骤繁琐。现有的冲蚀实验装置冲蚀试样仅为一薄片，且模拟工况单一，这些与实际冲蚀情况不符。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种液、气固两相流管路冲蚀演示实验装置，能够实现一套实验装置模拟两种冲蚀工况，使得更贴近现场生产，解决了传统冲蚀实验装置的冲蚀试样仅为薄片，砂粒与液体混合不均匀，砂粒含量无法控制，物料不能循环利用等问题，考虑油气井实际冲蚀工况，采用闸阀进行切换液固两相流冲蚀与气固两相流冲蚀流程。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种液、气固两相流管路冲蚀演示实验装置，包括空压机、储气罐、砂斗、搅拌器、调节阀、一号闸阀、四通腔室、混砂器、加速装置、软管、喷嘴、冲蚀试样、液固分离器、储液罐、离心泵、二号闸阀；
所述四通腔室具有三个入口和一个出口，所述液固分离器具有一个入口和两个出口即液体出口、固体出口，所述四通腔室的出口、混砂器、加速装置、带有压力接头的软管、喷嘴、冲蚀试样、液固分离器的入口依次连接；
所述四通腔室的三个入口分别与调节阀、一号闸阀、二号闸阀连接，所述空压机、储气罐、一号闸阀依次连接，所述搅拌器安装在砂斗内，所述砂斗下端与调节阀连接，所述储液罐具有出口与入口，所述储液罐的出口、离心泵、二号闸阀依次连接，所述储液罐的入口与液固分离器的液体出口连接。
进一步的是，所述储气罐、储液罐上均设有压力调节阀和流量计。
进一步的是，所述液固分离器的固体出口下方设有盛砂瓶。
进一步的是，所述软管上设有十字轨道架，十字轨道架的存在是为了固定软管的位置，防止实验过程中软管发生晃动。
本实用新型具有以下有益效果：本实用新型能够实现一套实验装置模拟两种冲蚀工况，使得更贴近现场生产，解决了传统冲蚀实验装置的冲蚀试样仅为薄片，砂粒与液体混合不均匀，砂粒含量无法控制，物料不能循环利用等问题，考虑油气井实际冲蚀工况，采用闸阀进行切换液固两相流冲蚀与气固两相流冲蚀流程。本实用新型还采用混砂器这种射流结构，能加快初次混合物的流动，能够很好地提高二次混合的效果，经加速管段加速进而通过冲蚀喷头以高速冲蚀试样；喷头所在连接管线上喷头之前有一段软管，可实现多角度冲蚀；本实用新型克服了传统喷射冲蚀装置受流速的影响而使得进入混砂器的固体颗粒量无法控制，避免了循环过程中固体颗粒进入管路对管路的损害。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中所示：1-空压机，2-储气罐，3-砂斗，4-搅拌器，5-调节阀，6-一号闸阀，7-四通腔室，8-混砂器，9-加速装置，10-软管，11-喷嘴，12-冲蚀试样，13-液固分离器，14-储液罐，15-离心泵，16-二号闸阀，17-盛砂瓶，18-十字轨道架。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本实用新型的一种液、气固两相流管路冲蚀演示实验装置，包括空压机1、储气罐2、砂斗3、搅拌器4、调节阀5、一号闸阀6、四通腔室7、混砂器8、加速装置9、带有压力接头的软管10、喷嘴11、冲蚀试样12、液固分离器13、储液罐14、离心泵15、二号闸阀16；
上述装置中空压机1为空气压缩机，为气固冲蚀流程提供有压力的气源；储气罐2为储存气体的容器，具有调节系统压力的作用，其上设有压力调节阀和流量计；砂斗3采用圆锥形漏斗；搅拌器4安装在砂斗3内，用于搅拌砂粒；调节阀5位于砂斗3下方，其作用是为了用于控制砂粒的加入量；一号闸阀6、二号闸阀16均是一个启闭件闸板，闸板的运动方向与流体方向相垂直，闸阀只能作全开和全关，其介质允许时压力损失最小；四通腔室7为一个圆锥体，可实现初次混合的场所；混砂器8其原理同叶片式混砂机，具有两个混砂槽，依靠电机的电能带动叶片高速旋转实现液体与砂粒的均匀混合，是两相流混合的2次场所，使得两相流混合的更均匀；加速装置9用于加速；软管10为两头带有压力接头且具有耐高压耐磨损的软管，其位于喷嘴11之前用于调节喷嘴11冲蚀的距离和冲蚀试样的角度；喷嘴11其作用是提高混合流的流速，使得冲蚀效果更明显；冲蚀试样12为变径的透明塑料管；液固分离器13利用混合液的重力作用将其分离成液体和固体；储液罐14为存放液体和收集分离液体的场所；离心泵15用于将储液罐14内的液体输送到四通腔室7内；
所述四通腔室7具有三个入口和一个出口，所述液固分离器13具有入口、液体出口、固体出口，所述四通腔室7的出口、混砂器8、加速装置9、带有压力接头的软管10、喷嘴11、冲蚀试样12、液固分离器13的入口依次连接；上述连接方式均是通过管道进行连接，可通过法兰或变扣接头与管道连接；
所述四通腔室7的三个入口分别与调节阀5、一号闸阀6、二号闸阀16连接，所述空压机1、储气罐2、一号闸阀6依次连接，空压机1、储气罐2之间设有单向阀，避免气体倒灌空压机1，所述搅拌器4安装在砂斗3内，所述砂斗3下端与调节阀5连接，所述储液罐14具有出口与入口，所述储液罐14的出口、离心泵15、二号闸阀16依次连接，所述储液罐14的入口与液固分离器13的液体出口连接，上述连接方式也通过管道进行连接，调节阀5、一号闸阀6、二号闸阀16均安装在管道上，直接控制管道的开或者关。
储气罐2、储液罐14均为压力容器，为了避免容器内压力超过最大压力值，优选的实施方式是，所述储气罐2、储液罐14上均设有压力调节阀和流量计。这样压力调节阀会根据实际的压力与容器的最大压力值来进行释放压力，流量计可记录下气体与液体的加入量，便于实验操作。
为了节约实验成本，优选的实施方式是，所述液固分离器13的固体出口下方设有盛砂瓶17。这样盛砂瓶17可收集到实验过程中的砂粒，可用于以后的实验，节约了实验成本。
为了模拟试样倾斜冲蚀的情况，优选的实施方式是，所述软管10上设有十字轨道架18。软管10可通过固定扣固定在十字轨道架18上，可通过改变十字架轨道18中轨道的倾角来改变软管10与垂直的角度，实现喷嘴11冲蚀试样的多角度问题。
本实用新型的作用流程为：当关闭一号闸阀6，打开二号闸阀16，即液固两相流冲蚀流程，此时再打开砂斗3下方的调节阀5，调节至一定的开度，然后开启离心泵15向管路泵入液体，然后流程正常工作。当关闭二号闸阀16，打开一号闸阀6，让气体在流程中通5min，然后调节气量，开启砂斗3下的调节阀5，即气固两相流冲蚀流程。
液固两相流冲蚀流程为：1)选择软管10与冲蚀试样的连接形式，这里示例垂直连接，将软管10固定于十字架轨道18上。
2)关闭一号闸阀6，打开二号闸阀16，开启离心泵15，调节二号闸阀16的开度，用流量计观察是否达到预设的流量；
3)打开砂斗3下的调节阀5，调整至预设的砂粒加入速度；
4)在砂斗3的砂粒经过调节阀5进入四通腔室7，在储液罐14内的液体被离心泵15泵入四通腔室7内，进入四通腔室7的液体与砂粒进行初次混合，再进入混砂器实现二次混合，然后喷射进入加速装置9，经加速进入软管10，软管10后接喷嘴11，混合流体喷射进入冲蚀试样12中；
5)冲蚀后混合流入液固分离器13进行分离，分离的液体进入储液罐14再次利用，分离的砂粒沉降至盛砂瓶17中；
6)重复4～5的步骤循环，设定一定的冲蚀时间，观察冲蚀效果，计量冲蚀速度及流量；
7)重复做几组实验，停泵，实验结束。
8)对实验数据进行处理，拆开冲蚀试样12做称量处理，评价冲蚀效果。
气固两相流冲蚀流程：
1)气固流程的气源由空压机1将空气加压产生，产生的有压气体进入储气罐2，待储气罐2的气量和压力达到预设值时，打开一号闸阀6(二号闸阀16开始之前已经关闭)，调节阀门开度；
2)调节砂斗3下设有的调节阀5控制砂粒的含量；
3)进入四通腔室的气体与砂粒进行初次混合，混合后一起再混砂器中充分混合，经加速装置9后使得气固两相的速度可看作几乎接近一样；
4)气固混合流经喷嘴11喷射进入冲蚀试样12中，对试样进行冲蚀；
5)经过试样的混合流经液固分离器13分离，气体从液固分离器13上端出口逃逸，固体分离回收至盛砂瓶17中。
从上述的实验流程可知：本实用新型解决了传统冲蚀实验装置的冲蚀试样仅为薄片，砂粒与液体混合不均匀，砂粒含量无法控制，物料不能循环利用等问题，考虑油气井实际冲蚀工况，采用闸阀进行切换液固两相流冲蚀与气固两相流冲蚀流程。故本实用新型相比现有冲蚀实验装置具有以下优点：
①本实用新型能够再现现场两种冲蚀工况，能较好地反映现场地面管线冲蚀的实际情况，能实现流量和含砂量的精确控制，能够定量对两相流冲蚀管路进行研究；
②本实用新型采用闸阀之间的关闭可自由切换液固或者气固冲蚀流程，设有流量计可对液体和气体流量进行计量，采用激光普勒测速仪记录喷嘴后的冲蚀速度；
③本实验装置中液体或气体与砂粒混合实现了2次混合，使得混合效果更加好；
④本实用新型实现了物料的循环利用。液固冲蚀流程中冲蚀混合流通过管道进入液固分离器13进行液体和固体的分离，分离后液体被输送到储液罐14再次利用，分离后的固体砂粒沉积于盛砂瓶17中；气固冲蚀中冲蚀气固流通过管道进入液固分离器13分离，气体经分离器上端出口逃逸，固体砂粒沉积于盛砂瓶17中。
⑤软管10采用两头带有压力接头的软管，可实现与加速装置9出口和喷嘴11进口的良好密封；考虑软管10会因流体通过来回振动，采用十字轨道架18上的轨道实现固定；
⑥为更好地观察冲蚀效果，本冲蚀试样12为一段变径的塑料管道，并且此管道管壁薄且透明，冲蚀试样12上设有激光普勒测速仪实现对管道内流体速度的记录；
⑦为了模拟试样倾斜冲蚀的情况，通过改变十字架轨道17中轨道的倾角来改变软管10与垂直的角度，实现喷嘴11与冲蚀试样12的多角度问题。