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KDON600011000空分装置操作规程

 

空分二车间

操作规程

(试行)

 

XX煤焦化有限责任公司

甲醇厂

 

二〇一三年三月

 

编制:

编审:

审核:

批准:

 

受控状态:

分发号:

第一章KDON-6000/11000型空分装置操作技术规程

第一节概述

一、系统简介

1、基本职责

通过KDON-6000/11000型空分装置,利用深度冷冻的方法,将离心空压机来的原料气,经预冷系统冷却、分子筛吸附净化、膨胀机制冷、并通过分馏塔分馏,分离氮气和氧气。

其中氧气经压缩后供甲烷二段转化炉使用,氮气供合成氨以及系统吹扫、置换及升温还原时使用。

2、装置的生产能力:

本空分装置的生产能力为6000Nm3/h的氧气及11000Nm3/h的氮气

主要产品技术指标:

产品名称

产量

Nm3/h

纯度

(vol)%

送出压力/温度Mpa/℃

氧气

6000

≥99.6%

2.5/常温

氮气

正常5600

O2≤10×10-6

2.8/常温

最大6200

氮气

2800~3400

O2≤10×10-6

0.005/饱和

氮气

正常1000

O2≤10×10-6

0.45/饱和

最大2000

仪表气

正常1200

0.5

最大1500

二、工作原理

1、基本原理

采用深度冷冻法,首先将空气液化,而后利用氧、氮组分沸点的不同,在塔内同时并多次进行冷凝蒸发,从而使氧、氮分离,得到高纯度的氮气,在塔底得到纯氧气。

空气中各组分物理特性表:

组分名

体积百分比

质量百分比

沸点℃

凝固点℃

氮气

78.09

75.5

-195.8

-209.86

氧气

20.95

23.1

-183

-218.4

氩气

0.932

1.29

-185.7

-189.2

二氧化碳

0.03

0.05

-78.5

氦气

0.00046

0.00006

-268.9

-272.55

氖气

0.0016

0.0011

-246.1

-248.6

氪气

0.00011

0.00032

-153.2

-157.2

氙气

0.000008

0.00004

-108.0

-111.8

2、基本过程

(1)空气的压缩和过滤

大气中的空气经过空气过滤器过滤其中的灰尘的机械杂质,然后再空气压缩机中被压缩到所需压力,由级间冷却器进行级间冷却

(2)空气中水份和二氧化碳的消除

空气中的水分和二氧化碳进入设备的低温区后,会形成冰和干冰,阻塞换热器通道和塔板上的小孔,因而配用分子筛来清除空气中的二氧化碳和水份,分子筛最佳工作温度为12℃,因此设预冷系统对气体进行冷却。

分子筛吸附器成对切换使用,一只工作,一只再生

(3)空气被冷却到液化温度

空气的冷却在主换热器中进行,在其中空气被来自精馏塔中的返流气体冷却至液化温度,与此同时,低温的返流气体被复热

(4)制取冷量

由于绝热损失、换热器复热不足损失和直接向冷箱外排放低温液体,分馏塔所需的冷量是由空气在膨胀机中等熵膨胀和等温节流效应而获得的

注:

(1)等熵膨胀是指气体在膨胀机中绝热膨胀对外做功,由于同外界没有热量的交换,是个等熵过程,称为等熵膨胀,膨胀所做的功以内能的减少为补偿,于是温度就下降,达到制冷的目的。

(5)液化

启动阶段,加工空气在主换热器中和返流的低温气体换热而被部分液化,在正常运行中氮气和液氧的热交换是在冷凝蒸发器中进行的,由于两种流体的压力不同,氮气被液化而液氧被蒸发,氮气和液氧分别由下塔和上塔供给,这是上、下塔精馏过程的进行所必须具备的条件

注:

启动时,大部分气体也是在主冷中被冷却至液化温度而液化的

(6)精馏

空气的精馏是在氧氮混合物的气相与液相接触之间的热值交换过程中进行的,气体自下而上流动,而液体自上而下流动,该过程由筛板(填料)来完成。

由于氧氮组分的沸点不同,氮比氧易蒸发,氧比氮易冷凝,气体逐板经过时氮浓度不断增加,液体在逐板经过时氧浓度不断增加,因此只要有足够的塔板(填料)在塔顶即可得到高纯度的氮气,下塔底部得到富氧液空,上塔底部可获得高纯度的氧气

在下塔空气被初步分离为富氧液空和氮气,液空由下塔底部抽出后经节流送入和液空组分相近的上塔某段上,一部分液氮由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部,液空、液氮在节流前先在过冷器中过冷。

空气的最终分离是在上塔进行,产品氧气是由上塔底部抽出,而氮气由上塔顶部抽出,并通过主换热器复热到常温后送出

(7)杂质的排除

塔内杂质主要分为不凝性气体和危险杂质

不凝性气体主要成分是氦、氖等冷凝点低的物质,因为其冷凝点较低所以总以气态的形式存在于主冷中,侵占了换热面积影响换热效果,因此必须进行排放

危险杂质是碳氢化合物,特别是乙炔。

在主冷中由于液氧的不断蒸发,将会使碳氢化合物有浓缩的危险,但只要从冷凝蒸发器中连续排放部分液氧就会避免浓缩

三、流程简述

原料空气由吸入口吸入,经自洁式空气过滤器去除灰尘和机械杂质,在离心式空压机中被压缩至0.52Mpa、100℃左右,压缩空气经空气冷却塔洗涤冷却至~12℃,然后进入纯化器,纯化器内装有分子筛吸附剂,以清除空气中的H20、CO2、C2H2、CnHm。

纯化器设置为2台,一台吸附,一台再生,由程序自动控制。

出分子筛的空气为12~15℃,经过滤网除去分子筛粉尘后,分三路:

一路进入分馏塔中,空气经主换热器与返流气体换热,被冷却至液化温度(-173℃),并有少量气体液化,这些气液混合物一起进入下塔。

另一路空气(FI-441约3100m3/h)作为膨胀气体,经增压机增压并经冷却器冷却后也进入主换热器与返流气体换热。

这部分空气被冷却至-118℃左右,从主换热器中部抽出去膨胀机,膨胀后的空气进入热虹吸蒸发器,在热虹吸蒸发器内,被从主冷引出的液氧冷却至-178℃,进入上塔中部,液氧复热汽化后夹带液氧返回主冷,形成液氧自循环。

第三路少量空气做仪表气。

在下塔,空气被初步分离为氮和富氧液空,在塔顶获得99.99%N2的气氮,一股1000~2000m3/h作为产品气复热后抽出,另一股进入主冷与液氧换热冷凝成液氮,部分液氮回下塔作下塔的回流液。

另一部分液氮,经过冷器过冷节流后进入上塔顶部,作为上塔的回流液,下塔釜液38%O2的富氧液空,经过冷器过冷节流后进入上塔中部参与精馏。

以不同状态的三股流体进入上塔经再分离后,在上塔顶部得到产量约11000m3/h、纯度为99.99%N2的氮气,经过冷器、主换热器复热后出分馏塔。

上塔底部的液氧在主冷被下塔的氮气加热而蒸发,其中6000m3/h、纯度为99.6%O2的氧气,经主换热器复热后作为产品送出,其余部分做为上升蒸汽参与精馏。

在上塔上部约有15000m3/h的污氮抽出,仍经主换热器复热引出。

从分馏塔出来的污氮,7000m3/h的污氮去HXK-33000/5.2型纯化系统再生分子筛,其余去水冷塔升温增湿后放空。

合格的低压氮气经过冷器、主换热器复热后出分馏塔,其中5600~6200m3/h送往氮压机压缩到2.8Mpa供用户使用,其余部分去预冷系统水冷塔冷却水增湿后放空。

合格的氧气出分馏塔后,经氧压机压缩至2.5Mpa后送出。

第二节预冷系统

一、预冷系统设备简介:

1、水冷塔情况介绍

原理:

水冷塔是利用返流气体污氮、氮气的不饱和性,在水与气体接触时,经传热、传质,少量的水蒸发带走热量,从而使水温度降低。

作用:

利用分馏塔出来的低温干燥氮气和污氮预冷外界供水,使之有较低温度,经过冷冻机组进一步冷却后输送至空冷塔上段

结构:

立式筒体,内设支撑板以支撑填料

使用方式:

外界供水(温度约为30℃)自上而下流经填料,与从分馏塔出来的干燥氮气和污氮气进行热交换,使水冷却下来,水在塔底被水泵抽走,上升气体带走热量后从塔顶排往大气

2、空冷塔情况介绍:

原理:

空冷塔是利用循环水和冷冻后的低温循环水与空气逆流接触、传热、传质,热量被水带走,使空气温度下降。

作用:

把空压机排出的高温气体冷却至12℃左右,以改善分子筛吸附器的工作情况

结构:

立式筒体型塔,分上下两段,内装散装填料,出口安装高效除雾器

使用方式:

出空冷塔的空气从下部进入空冷塔,水通过布水器均匀的分布到填料上,水从上往下流,空气从下穿过填料层,在其间空气被水洗涤并冷却后,最终在塔顶被除雾器分离水后出空冷塔,升温后的水从塔底排出

二、主要控制指标

位号

释义

设计值

报警值

联锁值

TI-1101

水冷塔出水温度指示(就地)

14℃

TI-1102

空气出空冷塔指示报警

10℃

12℃

TI-1103

冷冻水出空冷塔指示报警

8℃

10℃

TI-1104

冷却水温度指示(就地)

32℃

TI-1105

空冷塔排水温度指示

42℃

TI-1106

进冷水机组冷凝器水温

32℃

TI-1107

出冷水机组冷凝器水温

37℃

PI-1103

空气出空冷塔压力指示连锁报警

0.5Mpa

L:

0.4Mpa

LL:

0.35Mpa

LICAS-1102

空冷塔液面指示调节报警连锁

800mm

L:

500mm

H:

1200mm

HH:

1400mm

LICA-1111

水冷塔液面指示控制报警

1200mm

L:

800mm

H:

1500mm

FIC-1101

冷却水进空冷塔流量

60t/h

FIC-1102

冷冻水进空冷塔流量

18t/h

三、预冷系统启动

1、确认准备工作就绪后,空压机运行正常,打开各压力表和液位计导压阀;

2、向空气冷却塔导入空气,待压力升至正常值并稳定在0.4Mpa以上,进行以下操作;

3、向空气冷却塔下端供水.水泵供水排气后启动冷却水泵水泵WP-1或WP-2,开水泵出口阀V-1126或V-1127,开V-1134阀,控制好流量FIC-1101,水进入空气冷却塔的中部,待液位LICAS-1102上升至正常液位时,开V-1138阀向外排水,并调整液位正常后投入自动;

4、开V-1111阀,向水冷塔供水;

5、待水冷塔的液位LICAS-1111上升至正常值(≥1200mm),开V-1124或V-1125阀,排气后启动冷冻水泵WP-3或WP-4。

开V-1128或V-1129阀,打开V-1135阀,调整FIC-1102水进入空冷塔上端;

6、注意观察空气冷却塔及水冷却塔液位是否正常,通过LIC-1111控制水冷却塔的液位,调整液面正常后投入自动;

7、待各水路流量正常,空气冷却塔及水冷却塔液位均正常并稳定后,启动冷水机组;

8、保证空气冷却塔出口空气温度不大于12℃;

9、当启动阶段调节稳定后,注意空冷塔或水冷塔液位稳定,并检查各仪表是否正常。

四、预冷系统停车

1、后续系统停车结束,并切断分子筛进气后,允许停预冷系统

2、停冷冻机;

3、系统开始降压;

4、系统压力降至0.4Mpa前,停止向水冷塔供水,停冷水泵,停水泵,确认停止供应空冷塔上、下段供水;

5、空压机降压后,切除空冷塔进气(关闭空压机出口阀)。

五、冷水机组操作

一、开车

1、接通蒸发器侧水;

2、接通冷凝器侧水;

3、检查现场控制主板各设定参数是否达到规定;

4、确认一切符合启动条件,启动冷冻水水泵;

5、打开V1135、关V1133投入自控;

6、启动冷冻机,延时结束后开始运转,冷冻机自动调整负荷,使出口水温逐步降至9℃。

二、正常维护

1、检查机组是否正常,有无异常响声;

2、检查蒸发器、冷凝器的冷却水是否正常供应,水泵出口压力是否稳定;

3、检查出冷冻机水温是否达规定值(8℃);

4、检查机组设定值及运行参数是否正常。

三、正常停车

1、现场主板上按钮达到OFF的位置,机组自动停车;

2、关闭蒸发器,冷凝器水侧进出口阀;

3、根据情况,适宜时停冷冻水泵WP3/4;

4、关闭水冷塔进排阀。

第三节纯化系统

一、纯化系统

纯化系统原理:

纯化器工作原理是依靠纯化器内装填的13x分子筛吸附剂对水分、CO2、乙炔及碳氢化合物吸附性来工作的。

当空气进入纯化系统内与分子筛吸附剂充分接触,其中的水份、CO2、碳氢化合物被吸附剂吸附,净化后的空气进入空气分馏装置。

当吸附剂达到饱和后需进行加温再生,共设有两只纯化器,当一台饱和后,另一台切换至吸附状态,切换出来一台进行加温再生,这样两台交替使用,保证生产连续稳定。

作用:

吸附空气中的水份、二氧化碳及乙炔等碳氢化合物,使之进入冷箱的空气纯净

结构:

立式单层床,内设支撑架以承托分子筛吸附剂

使用方式:

空气通过分子筛床层时,由于分子筛的吸附特性将空气中的水份、二氧化碳、乙炔等碳氢化合物吸附,精华后的空气二氧化碳含量<1×10-6,在再生周期中,先被高温干燥污氮气反向再生后,再被常温干燥污氮气冷却到常温,分子筛吸附器成对交替使用,一直工作时另一只再生

二、主要控制指标

位号

释义

设计值

报警值

联锁值

FI-1203

仪表气流量指示

1200~1500

FIS-1202

再生气流量指示连锁

7000

L:

5000

FIRQ-1201

进分馏塔流量记录累计指示

315000

ARA-1201

出分子筛后二氧化碳含量记录报警

1×10-6

H:

3×10-6

ARA-1202

再生气露点分析记录报警

1~10×10-6

TICA-1206

再生气温度指示控制报警

175℃

200℃

PI-1205

空气减压做再生气压力指示(就地)

0.02Mpa

PI-1204

V1220开启监视

0.49Mpa

三、纯化系统启动

启动前的准备

1、对系统中的气动碟阀进行实验,开关灵活,指示信号正常。

(空压机启动前进行)

2、对系统中手动阀进行实验,确保开关灵活,并使所有阀门处于全关位置。

3、所有仪表灵敏、零点准确。

4、分子筛吸附剂已装填。

5、气密查漏已完成。

6、确认预冷系统已运行正常稳定。

7、纯化系统程控已调试完成,各阀位开关准确到位。

8、纯化系统各阀处于手动位置,程控在手动位置。

纯化系统启动操作

1、纯化系统自动程序处于暂停状态

2、打开V1203、V1251(充压阀)向MS1201充压。

(打开V1204、V1252(充压阀)向MS1202充压)

2、待MS1201压力与空压机出口压力相近时(压差小于0.05MPa)打开V1201,关闭V1251。

3、打开分子筛吸附器底部排放阀,检查空气中是否带水,若有水,应及时排放,此阀应定期打开排水。

4、打开未工作的吸附器再生回路上的阀V1206、V1208、V1213。

5、关闭V1231,缓开V1239,控制PI—1204在0.04MPa左右,FIS—1202流量约7000m3/h。

6、加热时手动打开电加热器的再生气进出口阀,启用电加热器

7、启动自动切换程序,使分子筛自动程序投入运行

8、建议分子筛吸附器至少运行一个周期后,再向分馏塔内送气,需确定CO2和水分含量低于设计值。

空气露点质量合格后投仪表空气。

四、纯化系统停运

1、正常停运:

若其中一台吸附器再生程序未完成时,若无特殊情况应再生完毕后停运。

停车步骤:

①加热器停电

②停止向空冷塔内导气,程控切换至手动操作位置,将吸附器各阀门全部关闭。

③做好记录,下次开车时,使用已再生好的一台吸附器。

2、紧急停运:

如遇空气带水或纯化系统其他紧急故障,应立即停运吸附器。

①迅速将吸附器程控切到手动操作状态。

②停电加热器。

③空压机放空。

④全关吸附器所有阀门。

⑤做好记录,一次开车时使用正在运行的一台吸附器。

五、一般故障处理

1、气动阀门打不开

1)检查仪表控制信号是否正确。

2)阀门气缸两边窜气。

3)碟阀法兰太紧。

2、再生温度偏低

1)再生流量与压力达不到设计值。

2)系统阀门泄漏。

3)电加热器工作不正常。

3、泄压时泄不净

1)吸附器阀门泄漏,根据参数判定具体阀门,进行更换。

2)泄压管路堵塞。

第四节膨胀机系统

一、工作原理

从增压端来的高压空气进入膨胀端,经喷嘴、叶轮、扩压器膨胀使气体压力下降,内能降低,温度下降产生装置所需冷量。

气体内能通过转子传递给增压机而被回收,提高增压机的排出气体压力。

1、主要控制指标

控制点

设计值

报警值

联锁值

轴承油压

0.4~0.6Mpa

0.35Mpa

0.3Mpa

密封气与喷咀压差

0.05Mpa

膨胀端密封气压力

0.33Mpa

密封气压力≥0.2Mpa油泵可启动

增压端密封气压力

0.5Mpa

转速

32410rpm

34650rpm

37060rpm

轴承温度

40℃

70℃

75℃

油箱油温

40℃

油滤器最大阻力

0.15Mpa

加工空气量

5000m³/h

增压机压力

进口:

0.58Mpa(A)

出口:

0.82Mpa(A)

膨胀机压力

进口:

0.79Mpa(A)

出口:

0.14Mpa(A)

二、启动步骤

1、启动前的检查。

1)气体管路已彻底吹除干净,各阀门在正确“开”“关”的位置;

2)油箱达到正常油位,油箱加温,如低于25℃应打开油加热器加热(不得高于40℃);

3)轴承温度,无论哪个轴承温度低于15℃,必须通过润滑油加温轴承,(注:

必须先通密封气)如仍不奏效,则必须用加温气,加温膨胀机;

4)投密封气、增压端冷却水,启动油泵,供油装置供油正常;

5)确认增压端回流阀V457/V458全开。

6)空投膨胀机连锁动作正常

2、启动膨胀机

1)开膨胀机出口阀;

2)开膨胀机进口阀;

3)开紧急切断阀;

4)逐步打开喷嘴,透平膨胀机开始运转,转速快速上升;

5)逐渐关小增压端回流阀,使转速升至32410r/min;

6)随膨胀机进口温度的下降,转速也会下降,因此要经常调节增压端回流阀的开度,直到达到设计工况为止;

7)启动期间要随时检查油泵、喷嘴出口压力以及整机运行情况是否正常;

8)启动期间,间断打开设备和仪表管线的排放阀吹除后关闭;

9)根据运行负荷,调整喷咀开度。

三、膨胀机停机操作

1、停车操作

1)缓慢打开增压端回流阀;

2)缓慢关闭喷嘴叶片,使膨胀机负荷降到最低;

3)关闭紧急切断阀;

4)全关膨胀机进口阀;

5)全关膨胀机出口阀;

6)关闭增压端进出口阀。

2、停车后处理

1)临时停车

保持密封气和润滑油的供应,保持仪电控系统为工作状态,准备重新启动。

2)长期停车

要求对膨胀机进行加温解冻操作如下:

a、保持密封气和润滑油的供应,保持仪电控为工作状态;

b、打开紧急切断阀;

c、打开喷嘴叶片;

d、打开膨胀机上所有吹除阀;

e、检查确认膨胀机的进出口阀处于关闭状态;

f、打开加温气体进口阀和吹除阀加温膨胀机,使流经膨胀机的加温气体

流向与正流方向相反,且温度不超过60℃,当加温吹除阀排出气体温度与进口温度大致相同时,加温结束,(加温气体的露点应低于-40℃);

g、关闭加温进口阀、吹除阀;

h、停止加温;

i、全关紧急切断阀;

j、全关喷嘴叶片;

k、停止润滑油供应;

l、15分钟后切断密封气源;

膨胀机主要故障及生产原因

1、轴承温度太高

1)润滑油供应不足;

2)油路不清洁(油过滤器堵塞);

3)转子动平衡差;

2、前轴承温度太低

其危害性是会使轴承间隙太小而影响正常运行,严重时还会引起润滑油固化,其主要原因是:

1)前密封套间隙太大;

2)轴密封漏泻气排气腔压力太高;

3)停车时装置冷气体的串流,此时必须启动油泵加温轴承。

3、膨胀机带液

出现这种情况时,容易打坏喷嘴叶片和叶轮,同时由于此时叶轮起了“泵”

的作用,会使喷嘴出口压力增高,加重止推轴承的负荷,可能引起轴承零部件的损坏。

4、出现下列情况时应立即按电钮,关闭膨胀机紧急切断阀,增压端防喘震阀

自动全开,机组停止运转。

1)出现极不正常的在线纪录;

2)有不寻常的震动和怪声;

3)突然散发大量烟雾。

第五节分馏系统

一、系统简介

1、工作原理:

采用深度冷冻法,首先将空气液化,而后利用氧、氮组分沸点的不同,在塔内同时并多次进行冷凝蒸发,从而使氧、氮分离,得到高纯度的氮气,在塔底得到纯氧气。

2、主要设备

①主换热器

结构:

为多层板翅式,各通道中的冷热气流通过翅片和隔板进行良好换热

作用:

进行多种流体之间的换热

使用方式:

对经过分子筛吸附器除去水分和二氧化碳的压缩空气进行冷却,直至达到接近液化温度,各返流气体再次被加热到常温

②过冷器

结构:

为多层板翅式,各通道中的冷热气流通过翅片和隔板进行良好换热

作用:

进行多种流体之间的换热

使用方式:

液空和液氮流经过冷器时被氮气和污氮进一步冷却,使之低于饱和温度,液空和液氮节流后可以减少汽化,改善上塔精馏工况

③冷凝蒸发器

结构:

为多层板翅式,各通道中的冷热气流通过翅片和隔板进行良好换热

作用:

供氮气冷凝和液氧蒸发用,以维持精馏塔精馏过程的进行

使用方式:

冷凝器置于上下塔之间,下塔的上升氮气在期间被冷凝,而上塔回流的液氧在其间被蒸发。

这个过程得以顺利进行是因为氮气压力高而液氧压力低。

气体的液化温度随着压力的升高而升高

④上塔与下塔

结构:

塔筒为圆筒形,下塔内装多层环流筛板,筛板上设有两只溢流装置,上塔内装规整填料和液体分布器

作用:

利用混合气体中各组分的沸点不同,将其分离为所要求纯度的组分

使用方式:

下塔精馏过程中,液体自上往下流经每一块塔板,由于溢流堰的作用,使塔板上造成一定的液体高度。

当气体由下而上穿过筛板小孔时与液体接触,产生了鼓泡,这样就增加了气液的接触面积,使热交换高效的进行。

低沸点组分逐渐蒸发,高沸点组分逐渐液化,至塔顶获得低沸点的纯氮,在塔底获得高沸点的富氧液空组分。

上塔在精馏的过程中,气体穿过分布器沿填料盘上升,液体自上往下通过分布器均匀的分布在填料盘上,在填料表面上气液充分接触进行高效的热交换。

上升气体中低沸点组分含量不断上升,高沸点组分被大量的洗涤下来,形成回流液,最终在塔顶得到低沸点的纯氮气,塔底得到高沸点的纯液氧

二、主要控制指标:

位号

释义

设计值

ARA-101

氧气出分馏塔分析记录报警(禁油)

≥0.996O2

ARA-103

压力氮气出分馏塔分析记录报警

1000×10-6O2

TI-1

空气进下塔温度指示

约-173℃

TI-2

下塔顶部温度指示

约-179℃

TI-3

主冷液氧温度指示(禁油)

约-180℃

TI-101

空气进冷箱温度指示

约15℃

TI-102

氧气出分馏塔温度指示

约12℃

TI-103

氮气出分馏塔温度指示

约12℃

TI-104

污氮出分馏塔温度指示

约12℃

TI-105

压力氮出分馏塔温度指示

约12℃

TdI-106

液氧喷射蒸发器温差

≥3℃

TI-300

冷箱基础温度

≥-40℃

PI-1

下塔压力指示

约0.46Mpa

PI-2

上塔下部压力指示

约40kpa

PI-3

上塔顶部压力指示

约35kpa

PIC-104

氧气出塔压力指示调节

约20kpa

PIC-105

氮气出塔压力指示调节

约12kpa

PIC-106

污氮出塔压力指示调节

约12kpa

PI-107

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