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巨型(xing)水電(dian)站流(liu)量計(ji)應用(yong)研究(jiu)
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摘要(yao):本文(wen)分析(xi)了某(mou)巨型(xing)水電(dian)站在(zai)用流(liu)量計(ji)
的運(yun)行現(xian)狀,總(zong)結了(le)各類(lei)流量(liang)計的(de)原理(li)功能(neng),結合(he)🐉管道(dao)測🐇流(liu)技術(shu)的發(fa)展,針(zhen)對流(liu)量計(ji)的功(gong)能選(xuan)用、安(an)裝要(yao)求等(deng)🚶,打造(zao)滿足(zu)🤩标準(zhun)要求(qiu)的水(shui)電站(zhan)流量(liang)應用(yong)方案(an),具有(you)行業(ye)推廣(guang)價值(zhi)。
0引言(yan)
在生(sheng)産和(he)科學(xue)研究(jiu)試驗(yan)中,流(liu)量是(shi)一個(ge)很重(zhong)要的(de)參數(shu),流量(liang)📐檢測(ce)的專(zhuan)用儀(yi)表是(shi)安全(quan)生産(chan)、節能(neng)降耗(hao)、提高(gao)經濟(ji)效益(yi)和管(guan)理水(shui)平的(de)重要(yao)工具(ju)。管道(dao)測流(liu)技術(shu)當前(qian)發展(zhan)㊙️成熟(shu),
管道(dao)流量(liang)計
測(ce)量原(yuan)理多(duo)種,可(ke)滿足(zu)不同(tong)生産(chan)工況(kuang)需求(qiu)"。
當前(qian)巨型(xing)水電(dian)站各(ge)類流(liu)量計(ji)種類(lei)繁多(duo),流量(liang)計累(lei)計有(you)1900多台(tai)🤟,就📧流(liu)量計(ji)的測(ce)量原(yuan)理分(fen)有電(dian)磁式(shi)、差壓(ya)式、熱(re)導式(shi)、超聲(sheng)波多(duo)種,就(jiu)測量(liang)的介(jie)質主(zhu)要有(you)油、水(shui)兩種(zhong)。其中(zhong)油流(liu)量主(zhu)要是(shi)測量(liang)水輪(lun)發電(dian)機機(ji)組上(shang)導、推(tui)導、水(shui)導軸(zhou)承汽(qi)🤟輪機(ji)油管(guan)道流(liu)量及(ji)機組(zu)高壓(ya)👅油頂(ding)起系(xi)統的(de)油流(liu)量,水(shui)流量(liang)主要(yao)是測(ce)量機(ji)組各(ge)部軸(zhou)承和(he)主變(bian)壓器(qi)的冷(leng)卻水(shui)(江水(shui))、主軸(zhou)密封(feng)水(清(qing)潔水(shui))、發電(dian)機純(chun)水(不(bu)導電(dian)介質(zhi))流量(liang)‼️等。因(yin)流量(liang)計随(sui)不同(tong)主機(ji)廠家(jia)機組(zu)🐅配套(tao),規格(ge)型号(hao)不同(tong),差異(yi)化較(jiao)大,所(suo)以有(you)着流(liu)量計(ji)的功(gong)能不(bu)明确(que)、配置(zhi)存在(zai)不合(he)理、安(an)裝不(bu)符合(he)産品(pin)安裝(zhuang)要求(qiu)的諸(zhu)多問(wen)題,導(dao)緻流(liu)☁️量檢(jian)測的(de)正确(que)率有(you)偏差(cha),無法(fa)滿足(zu)機組(zu)流量(liang)檢測(ce)的要(yao)❗求。如(ru)測量(liang)機組(zu)冷卻(que)水的(de)電磁(ci)式流(liu)量計(ji)管路(lu)的直(zhi)管段(duan)較短(duan),導緻(zhi)管路(lu)無法(fa)滿管(guan)測量(liang);測量(liang)機組(zu)❤️水導(dao)外循(xun)環油(you)的超(chao)聲波(bo)流量(liang)計安(an)裝于(yu)油過(guo)濾器(qi)的後(hou)端,因(yin)油經(jing)過濾(lü)器後(hou)産生(sheng)氣泡(pao),導緻(zhi)
超聲(sheng)波流(liu)量計(ji)
長時(shi)間無(wu)法檢(jian)測到(dao)流量(liang);測量(liang)機組(zu)推導(dao)軸承(cheng)冷卻(que)水采(cai)用熱(re)導式(shi)流量(liang)計,因(yin)流量(liang)計的(de)探頭(tou)長期(qi)浸泡(pao)💔于江(jiang)💚水中(zhong)♉而結(jie)垢,導(dao)緻流(liu)🛀量計(ji)測量(liang)值遠(yuan)小于(yu)實際(ji)值2。
本(ben)文對(dui)主要(yao)流量(liang)計的(de)測量(liang)原理(li)進行(hang)深入(ru)分析(xi),總結(jie)明确(que)出各(ge)類流(liu)量計(ji)的功(gong)能選(xuan)型、正(zheng)确的(de)安裝(zhuang)方🌈式(shi)等,打(da)造出(chu)适✊用(yong)于❄️巨(ju)型水(shui)電站(zhan)的優(you)化流(liu)量應(ying)用方(fang)案。
1流(liu)量計(ji)測量(liang)原理(li)探究(jiu)
1.1電磁(ci)流量(liang)計
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
的測(ce)量原(yuan)理是(shi)基于(yu)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律,當(dang)被測(ce)導電(dian)流體(ti)在磁(ci)場中(zhong)沿垂(chui)直磁(ci)力線(xian)方向(xiang)流動(dong)而切(qie)割磁(ci)力線(xian)🔴時,在(zai)對稱(cheng)安裝(zhuang)在流(liu)通管(guan)道兩(liang)側的(de)電極(ji)上将(jiang)産生(sheng)感應(ying)電勢(shi),此電(dian)勢與(yu)🔞流體(ti)的流(liu)速成(cheng)正比(bi)(見圖(tu)1)。通過(guo)如下(xia)公式(shi)計算(suan)出流(liu)量:
式中(zhong):
E一感(gan)應電(dian)勢;
K一(yi)與磁(ci)場分(fen)布及(ji)軸向(xiang)相關(guan)的系(xi)數;
B一(yi)磁感(gan)應強(qiang)度;
V-導(dao)電液(ye)體平(ping)均流(liu)速;
D一(yi)電極(ji)間距(ju)(流量(liang)計導(dao)管内(nei)徑)凹(ao)。
電磁(ci)流量(liang)計壓(ya)力損(sun)失小(xiao)、流量(liang)測量(liang)範圍(wei)大,反(fan)應迅(xun)速。應(ying)用的(de)✍️局限(xian)性是(shi)隻能(neng)測量(liang)導電(dian)介質(zhi)的液(ye)體流(liu)量,在(zai)🛀🏻水電(dian)站可(ke)測量(liang)機組(zu)各部(bu)軸承(cheng)和主(zhu)變壓(ya)器的(de)冷卻(que)水(江(jiang)水)和(he)主軸(zhou)密封(feng)水(清(qing)潔水(shui)),因水(shui)電站(zhan)各部(bu)軸承(cheng)冷卻(que)水都(dou)具有(you)正反(fan)向供(gong)水功(gong)能,可(ke)選用(yong)具備(bei)🏃🏻♂️正反(fan)向測(ce)量🚩功(gong)能的(de)電磁(ci)流量(liang)計,并(bing)且因(yin)江水(shui)雜質(zhi)🈲較多(duo),易造(zao)成流(liu)量計(ji)的檢(jian)測電(dian)極結(jie)垢污(wu)染,将(jiang)對測(ce)量造(zao)成較(jiao)大影(ying)響📞,可(ke)選用(yong)電極(ji)可清(qing)洗的(de)流量(liang)計,
1.2熱(re)導式(shi)流量(liang)計
熱(re)導式(shi)流量(liang)計采(cai)用熱(re)交換(huan)原理(li),流量(liang)計探(tan)頭配(pei)置了(le)發熱(re)模塊(kuai)和感(gan)熱模(mo)塊,根(gen)據示(shi)流器(qi)的熱(re)量傳(chuan)導✂️與(yu)被測(ce)流體(ti)流速(su)的比(bi)例關(guan)系,檢(jian)測出(chu)流體(ti)的流(liu)速(見(jian)圖2)41。
熱(re)導式(shi)流量(liang)計一(yi)般爲(wei)插入(ru)式安(an)裝,适(shi)用于(yu)多種(zhong)流量(liang)計🚶♀️質(zhi),使用(yong)範圍(wei)較寬(kuan),量程(cheng)比大(da)于10:1。應(ying)用的(de)局限(xian)性是(shi)測量(liang)的精(jing)度較(jiao)難以(yi)保證(zheng),因測(ce)量的(de)熱導(dao)部分(fen)被結(jie)垢污(wu)染後(hou)對測(ce)量的(de)🈲精度(du)影響(xiang)加大(da)✔️,在水(shui)電站(zhan)可測(ce)量機(ji)組各(ge)部軸(zhou)承的(de)油流(liu)量,作(zuo)管路(lu)油流(liu)動的(de)基本(ben)示流(liu)開關(guan)用,因(yin)測量(liang)精度(du)難以(yi)達到(dao)要求(qiu),不建(jian)議采(cai)用爲(wei)如循(xun)環油(you)泵邏(luo)輯控(kong)制🌍的(de)油流(liu)條件(jian),也💯不(bu)适用(yong)于測(ce)量機(ji)組高(gao)壓油(you)系統(tong)的高(gao)速油(you)流圖(tu)。
1.3超聲(sheng)波流(liu)量計(ji)
超聲(sheng)波流(liu)量計(ji)的測(ce)量方(fang)法可(ke)分爲(wei):時差(cha)法、多(duo)譜勒(le)效應(ying)法、波(bo)束偏(pian)移法(fa)、相關(guan)法、噪(zao)聲法(fa)。當前(qian)用得(de)最多(duo)的是(shi)時差(cha)法和(he)多譜(pu)勒效(xiao)應法(fa)間。
時(shi)差檢(jian)測法(fa)原理(li)爲超(chao)聲波(bo)脈沖(chong)在上(shang)下遊(you)的兩(liang)側傳(chuan)感器(qi)間來(lai)回傳(chuan)播,當(dang)有流(liu)體流(liu)動時(shi),由于(yu)向下(xia)遊🎯方(fang)向的(de)信号(hao)傳播(bo)時間(jian)比向(xiang).上遊(you)方向(xiang)的短(duan),根據(ju)時差(cha)與流(liu)🏃體速(su)度成(cheng)正比(bi)關系(xi),檢測(ce)出流(liu)🔆體的(de)流速(su)和方(fang)向,見(jian)圖3。
Vm----介(jie)質流(liu)速;
Cm----介(jie)質中(zhong)的聲(sheng)速;
α----傳(chuan)感器(qi)A/B間與(yu)管道(dao)水平(ping)中心(xin)線間(jian)的夾(jia)角;
TB-A----傳(chuan)感器(qi)B至A的(de)時間(jian);
TA-B----傳感(gan)器A至(zhi)B的時(shi)間。
超(chao)聲波(bo)流量(liang)計爲(wei)非接(jie)觸式(shi)測量(liang)方式(shi),傳感(gan)器不(bu)與被(bei)測介(jie)質接(jie)觸,無(wu)壓損(sun),使用(yong)壽命(ming)較長(zhang),設備(bei)維護(hu)量較(jiao)小。既(ji)可管(guan)道固(gu)定式(shi)安裝(zhuang),也可(ke)移動(dong)便攜(xie)式測(ce)量👄(必(bi)須爲(wei)金屬(shu)管道(dao)、塑料(liao)管道(dao)及其(qi)他透(tou)🈲聲材(cai)料的(de)管道(dao))。在水(shui)電廠(chang)可用(yong)作各(ge)類水(shui)、油管(guan)路的(de)流量(liang)測量(liang),超🤩聲(sheng)波流(liu)量計(ji)❓不适(shi)用于(yu)測量(liang)管路(lu)中的(de)流量(liang)介質(zhi)有氣(qi)泡的(de)環境(jing),所以(yi)不宜(yi)測量(liang)目數(shu)較細(xi)的油(you)過濾(lü)器管(guan)路,同(tong)樣也(ye)不适(shi)用于(yu)測💔量(liang)機組(zu)高⛷️壓(ya)油系(xi)統的(de)高速(su)油流(liu)。
1.4差壓(ya)流量(liang)計
差(cha)壓流(liu)量計(ji)
的測(ce)量原(yuan)理爲(wei)在流(liu)量計(ji)的管(guan)道中(zhong)部配(pei)置節(jie)流部(bu)件,當(dang)滿管(guan)的流(liu)體流(liu)經節(jie)流件(jian)時,流(liu)束形(xing)成局(ju)部的(de)收縮(suo),流速(su)增大(da)🈚,而靜(jing)壓力(li)⛹🏻♀️降低(di),在節(jie)流件(jian)前後(hou)産生(sheng)--定的(de)壓力(li)差。根(gen)據流(liu)體的(de)流速(su)與差(cha)壓值(zhi)的比(bi)例關(guan)系,檢(jian)測出(chu)流體(ti)的流(liu)💘速。圖(tu)4爲差(cha)壓流(liu)量計(ji)🈲測量(liang)原理(li)。
差(cha)壓流(liu)量計(ji)運用(yong)最爲(wei)廣泛(fan),性能(neng)穩定(ding)可靠(kao),使用(yong)壽命(ming)長,其(qi)局限(xian)是壓(ya)損大(da),不太(tai)适用(yong)于小(xiao)流量(liang)的環(huan)境,範(fan)圍度(du)窄,僅(jin)3:1-4:1。在水(shui)電廠(chang)特别(bie)适用(yong)于有(you)循環(huan)油泵(beng)管路(lu)的較(jiao)大油(you)流量(liang)測量(liang),但也(ye)不适(shi)用于(yu)對機(ji)組高(gao)壓😍油(you)系統(tong)的幾(ji)十兆(zhao)帕的(de)高速(su)油流(liu)進行(hang)油流(liu)模拟(ni)量準(zhun)确測(ce)量。
1.5活(huo)塞式(shi)流量(liang)開關(guan)
活塞(sai)式流(liu)量開(kai)關的(de)檢測(ce)原理(li)是當(dang)流體(ti)按指(zhi)示方(fang)💔向流(liu)⛷️過管(guan)道時(shi),推動(dong)彈簧(huang)支撐(cheng)并安(an)裝有(you)永久(jiu)磁鐵(tie)⭐的活(huo)塞,從(cong)而驅(qu)動幹(gan)簧管(guan)開關(guan)磁性(xing)開關(guan)在設(she)定流(liu)量上(shang)動作(zuo),輸出(chu)開關(guan)信‼️号(hao)。活塞(sai)式流(liu)量開(kai)關設(she)定流(liu)量範(fan)圍大(da)、調整(zheng)方便(bian),廣泛(fan)用于(yu)水、氣(qi)、油等(deng)✌️介質(zhi)測量(liang)。有低(di)壓降(jiang)、耐壓(ya)高等(deng)優點(dian),狀态(tai)隻取(qu)決于(yu)流量(liang),而與(yu)⁉️壓力(li)無關(guan),并且(qie)對壓(ya)力的(de)峰值(zhi)💋不再(zai)敏感(gan),在水(shui)電廠(chang)‘可解(jie)決于(yu)機組(zu)高壓(ya)油的(de)高速(su)油流(liu)♻️檢測(ce)難點(dian)。
2流量(liang)計的(de)安裝(zhuang)标準(zhun)
當前(qian)巨型(xing)水電(dian)站流(liu)量計(ji)在低(di)經濟(ji)性和(he)附加(jia)值下(xia)運行(hang)的🔱原(yuan)因除(chu)了功(gong)能不(bu)明确(que)、配置(zhi)不合(he)理外(wai),最主(zhu)要就(jiu)是安(an)裝不(bu)♌符合(he)産品(pin)安裝(zhuang)要求(qiu)和相(xiang)關标(biao)準,導(dao)📐緻流(liu)量計(ji)故障(zhang)率較(jiao)高、測(ce)量不(bu)準确(que)。
2.1流量(liang)計的(de)通徑(jing)和量(liang)程選(xuan)擇
流(liu)量計(ji)首先(xian)需要(yao)确定(ding)它的(de)通徑(jing)和測(ce)量範(fan)圍,即(ji)确定(ding)傳感(gan)器💘内(nei)🌂流體(ti)的流(liu)速範(fan)圍,流(liu)量計(ji)量程(cheng)範圍(wei)的選(xuan)擇對(dui)提🈲高(gao)流量(liang)計工(gong)作的(de)可靠(kao)性及(ji)精度(du)有較(jiao)大關(guan)系,根(gen)據不(bu)低于(yu)預計(ji)🌐的最(zui)大流(liu)量值(zhi)㊙️的原(yuan)則選(xuan)擇滿(man)量程(cheng),正🔱常(chang)常用(yong)流✍️量(liang)最好(hao)不超(chao)過滿(man)量程(cheng)50%,這樣(yang)可獲(huo)得較(jiao)高的(de)♌測量(liang)精度(du)”。
流量(liang)計通(tong)常選(xuan)用與(yu)工藝(yi)相同(tong)的通(tong)徑或(huo)者略(lue)小些(xie),在💔流(liu)量🌈選(xuan)定的(de)情況(kuang)下,通(tong)徑的(de)選擇(ze)是根(gen)據不(bu)同的(de)測量(liang)對象(xiang)以及(ji)流量(liang)計測(ce)♈量管(guan)内流(liu)速的(de)大小(xiao)來确(que)定。流(liu)量計(ji)所測(ce)流體(ti)的流(liu)速,需(xu)考慮(lü)管路(lu)中流(liu)體的(de)流速(su)與壓(ya)頭損(sun)失的(de)關系(xi)。在确(que)定流(liu)速後(hou)☁️,流量(liang)計的(de)通徑(jing)可根(gen)據如(ru)"下關(guan)系式(shi)确定(ding):
式中(zhong):
d-流量(liang)計通(tong)徑,mm;
Q一(yi)體積(ji)流量(liang),m/s。
2.2流量(liang)計接(jie)地
流(liu)量計(ji)的正(zheng)确可(ke)靠接(jie)地對(dui)流量(liang)計的(de)正常(chang)運行(hang)至關(guan)🈚重㊙️要(yao):
(1)給信(xin)号源(yuan)參考(kao)用的(de)零電(dian)位;
(2)使(shi)被測(ce)流體(ti)與可(ke)靠的(de)接地(di)體相(xiang)連通(tong);
(3)滿足(zu)相應(ying)的安(an)全性(xing)要求(qiu)(如雷(lei)擊等(deng));
(4)抗外(wai)界幹(gan)擾措(cuo)施(如(ru)屏蔽(bi)等)。
接(jie)地點(dian)離傳(chuan)感器(qi)的距(ju)離盡(jin)可能(neng)短,必(bi)須與(yu)可靠(kao)接地(di)體直(zhi)接相(xiang)✏️連,不(bu)能與(yu)其他(ta)設備(bei)接地(di)點相(xiang)連接(jie),接地(di)電阻(zu)≤10Ω,電磁(ci)流量(liang)計🤞的(de)外殼(ke)、電纜(lan)屏蔽(bi)線、測(ce)量管(guan)路的(de)兩端(duan)都需(xu)單獨(du)可靠(kao)接地(di),絕不(bu)能接(jie)在電(dian)動機(ji)等公(gong)用地(di)線❌或(huo)上下(xia)水🔅管(guan)道上(shang),準确(que)接地(di)如圖(tu)5所示(shi);如🏃🏻♂️流(liu)量計(ji)的轉(zhuan)換器(qi)部分(fen)已🌂通(tong)過電(dian)纜線(xian)接地(di),就毋(wu)須再(zai)另行(hang)接地(di)⭕,以避(bi)免因(yin)電位(wei)差而(er)造成(cheng)幹擾(rao)。流🈲量(liang)計配(pei)備接(jie)地環(huan)的接(jie)地方(fang)法:如(ru)工藝(yi)管道(dao)爲絕(jue)緣材(cai)質,則(ze)📱必須(xu)配置(zhi)接地(di)環可(ke)靠接(jie)地,來(lai)穩定(ding)邊界(jie)條件(jian),提🙇♀️高(gao)測量(liang)穩定(ding)性和(he)精度(du),如圖(tu)6所示(shi)。
2.3流量(liang)計的(de)安裝(zhuang)管路(lu)标準(zhun)
流量(liang)計的(de)精準(zhun)測量(liang)必須(xu)保證(zheng)滿管(guan)測量(liang)狀态(tai),在水(shui)電站(zhan)中,導(dao)緻非(fei)滿管(guan)的流(liu)量計(ji)管路(lu)常見(jian)錯誤(wu)安裝(zhuang)位置(zhi)示意(yi)圖如(ru)圖7所(suo)示。圖(tu)🤩中A爲(wei)流量(liang)計直(zhi)接安(an)裝在(zai)閘閥(fa)前後(hou),圖中(zhong)B爲流(liu)量🔴計(ji)安裝(zhuang)在放(fang)空👉管(guan)路的(de)長水(shui)平管(guan)路上(shang),圖中(zhong)C爲流(liu)🐆量計(ji)安裝(zhuang)在放(fang)空管(guan)路高(gao)處和(he)💘垂直(zhi)排放(fang)段。此(ci)三種(zhong)都将(jiang)導緻(zhi)管路(lu)内介(jie)質爲(wei)非滿(man)🔞管狀(zhuang)态,從(cong)而影(ying)響測(ce)量的(de)精度(du)圖。
在(zai)GB/T18659--2002《封閉(bi)管道(dao)中導(dao)電液(ye)體流(liu)量的(de)測量(liang)電磁(ci)流量(liang)計性(xing)☂️能》中(zhong)規💃定(ding)上遊(you)10D(D爲流(liu)量計(ji)通徑(jing)),下遊(you)5D。
在DL/T1107-2009《水(shui)電廠(chang)自動(dong)化元(yuan)件基(ji)本技(ji)術條(tiao)件》中(zhong)規定(ding):
(1)機械(xie)式流(liu)量開(kai)關:上(shang)下遊(you)5D;
(2)熱導(dao)式流(liu)量開(kai)關:上(shang)下遊(you)4D;
(3)電磁(ci)式流(liu)量計(ji):上遊(you)10D、下遊(you)5D。
在ISO和(he)鑒定(ding)規格(ge)号中(zhong)對各(ge)類閥(fa)組、管(guan)路标(biao)準如(ru)表I所(suo)示。
流(liu)量計(ji)管路(lu)正确(que)規範(fan)的管(guan)路如(ru)圖8所(suo)示,圖(tu)中A爲(wei)保證(zheng)流量(liang)計的(de).上下(xia)遊足(zu)夠的(de)直管(guan)段;圖(tu)中B爲(wei)在長(zhang)的水(shui)平放(fang)空管(guan)道上(shang),在流(liu)量計(ji)的下(xia)遊側(ce)設計(ji)略微(wei).上升(sheng)的管(guan)道部(bu)分再(zai)放空(kong);圖中(zhong)C爲🌍敞(chang)開式(shi)供水(shui)或排(pai)放,将(jiang)流量(liang)計安(an)裝在(zai)管道(dao)的較(jiao)低或(huo)爬坡(po)部🔅分(fen)。三種(zhong)安⭐裝(zhuang)方式(shi)以确(que)保通(tong)過流(liu)量計(ji)的管(guan)道完(wan)全充(chong)滿液(ye)體,從(cong)而達(da)到測(ce)量的(de)正确(que)率。
3結束(shu)語
在(zai)水電(dian)廠中(zhong),流量(liang)信号(hao)是水(shui)輪發(fa)電機(ji)組重(zhong)要的(de)參考(kao)監視(shi)量🏃,流(liu)🔞量計(ji)數量(liang)大,對(dui)各類(lei)型流(liu)量計(ji)進行(hang)準💚确(que)選型(xing)和功(gong)能配(pei)置,按(an)安裝(zhuang)标準(zhun)進行(hang)安裝(zhuang),能保(bao)證流(liu)量計(ji)的運(yun)行穩(wen)定性(xing)❌,降低(di)故♍障(zhang)率,穩(wen)定可(ke)信的(de)流💘量(liang)信号(hao)可🈲參(can)與到(dao)設備(bei)的邏(luo)輯🧑🏾🤝🧑🏼控(kong)制中(zhong),流量(liang)計運(yun)行的(de)穩定(ding)性和(he)經濟(ji)性較(jiao)高☎️,能(neng)保證(zheng)機組(zu)安全(quan)穩定(ding)運♻️行(hang)。
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