曼海姆法生产硫酸钾产生的气体成分.docx
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曼海姆法生产硫酸钾产生的气体成分
曼海姆法生产硫酸钾产生的气体成分
第一章市场预测
第一节产品市场需求分析
一、市场供应分析
（一）国外市场供应现状
1、生产现状
硫酸钾是一种重要的基本化工原料，无机化工中用作制造碳酸钾、钾明矾等钾盐的原料，玻璃工业用作澄清剂，医药行业用作缓泻剂，香料生产中用作助剂，食品工业用作添加剂，以及用于生化实验中的血清蛋白检验，在农业上，硫酸钾是主要的无氯钾肥，也是农作物所需硫的重要补充来源。
对于那些只能施用硝酸钾、硫酸钾和磷酸二氢钾等无氯钾肥的忌氯作物来讲，目前应用最多的一种就是硫酸钾。
由于硫元素不仅能提高农产品产量，还能改善其品质，所以硫酸钾中的硫也是植物生长所需的重要营养元素。
但是，近年来由于施用的肥料中硫铵用量的减少，土壤中硫含量也相应的降低，导致部分地区出现缺硫征兆。
另外。
硫酸钾几乎可以和现有的所有肥料品种相混合，用于制造复混肥。
目前，世界硫酸钾的总装置生产能力为7000kt／a左右，而实际产量为6000-6500kt/a。
德国、比利时、美国、意大利是主要生产国，约占世界硫酸钾总产量的7O％-75％。
世界硫酸钾年总消费量在5800kt以上，并以4％～5％的年均递增率上升，主要消费在西欧和亚洲。
全球硫酸钾贸易量已超出5500kt／a．其中进口和出口各占50％。
2、全球主要生产企业（单位：
万吨）
公司名称
生产能力
占有率%
FessenderioHAM
100
14
德国钾盐公司
100
14
美国大盐湖
37
5.3
BeLorussiaSoligors
60
8.6
列海公司
30
4.2
Italkali
50
7
（二）国市场供应现状
1、生产现状
2005年，我国钾肥消耗量663万吨（折纯），其中硫酸钾消耗量300万吨左右，其中80％都依赖进口。
而据有关部门预测，到2010年，钾肥需求量将增加到929万吨（折纯）。
其中硫酸钾的需求量将高达500万吨左右。
届时，硫酸钾的缺口将更大。
目前，我国的钾肥品种主要是氯化钾、硫酸钾，硝酸钾也有一定产量，但比较少。
氯化钾工业主要分布在，硫酸钾工业分布较散，、、、、等地都有一些生产厂。
最近XX罗布泊钾盐科技规划1200kt/a的硫酸钾项目，也将筹备600kt/a的硫酸钾项目。
2.国主要生产企业
目前我国硫酸钾主要生产企业装置概况（万吨）
生产企业名称
生产能力
XX罗布泊钾盐科技
120（预计2009建成）
60（规划中）
伊力特化工
40（规划中）
青上
40
磷肥厂
20
精细化工
20
南风化工集团
10
齐化
6
金鑫
5
省矾山磷矿
4
二、市场需求分析
（一）国外市场需求现状
1、需求现状
2006年我国进口硫酸钾的主要供货商俄罗斯BPC和加拿大钾肥公司要求中国的合同价格上涨40美元（最终上涨25美元），2007年钾肥合同价格上涨5美元/吨，但是由于2006年俄罗斯的钾矿进水事件，导致今年俄罗斯对安全问题很重视，强制性对钾矿进行安全检测。
再加上2006年钾矿进水停产，导致俄罗斯钾肥的产量大幅下跌，因此，俄罗斯和加拿大钾肥供货商大幅上涨国际氯化钾的价格。
从2007年5月份开始，东南亚部分国家的到岸价已经上涨到260美元/吨，而中国的氯化钾70％主要依靠进口，因此，港口价格也大幅上涨。
目前氯化钾的港口价格已经涨到2030～2050元/吨，国际市场的硫酸钾也随之上涨。
此外，加拿大工人大罢工，直接影响硫磺的进口，导致国硫磺和硫酸钾的价格大幅上涨，硫酸钾成本进一步增加。
2、国外主要国家消费现状
国外硫酸钾消费基本以农肥为主，2007年年消耗量在580万吨左右。
（二）国市场需求现状
2005年，我国钾肥消耗量663万吨（折纯），其中硫酸钾消耗量300万吨左右，其中80％都依赖进口。
而据有关部门预测，到2010年，钾肥需求量将增加到929万吨（折纯）。
其中硫酸钾的需求量将高达500万吨左右。
第二节产品贸易
（一）国际贸易
目前，世界硫酸钾的总装置生产能力为7000kt／a左右，而实际产量为6000-6500kt/a。
德国、比利时、美国、意大利是主要生产国，约占世界硫酸钾总产量的7O％-75％。
世界硫酸钾年总消费量在5800kt以上，并以4％～5％的年均递增率上升，主要消费在西欧和亚洲。
全球硫酸钾贸易量已超出5500kt／a．其中进口和出口各占50％。
（二）进出口
目前硫酸钾国的生产力仅能满足国20-30%的需求，大部分都需要依靠进口才能满足需求，最近几年随着西部几个大型硫酸钾生产基地的规划，未来几年我国的硫酸钾产量会增加150万吨左右，到时能大大解决国硫酸钾紧的局面，缓和市场的供需，预计到2010年，国的硫酸钾缺口在300万吨左右，还有50%左右靠进口解决。
第三节价格现状与预测
近期硫酸钾市场呈现出一定的强势特征，硫酸钾价格随着氯化钾价格的上涨略有上涨，市场成交量也有所增加。
目前硫酸钾（50%K2O）的出厂报价大多为2500—2700元/吨,粒状硫酸钾（50%K2O）的出厂报价大多为2600—2800元/吨。
与前期相比，大部分厂家的出厂报价已经上调。
硫酸钾国的需求缺口还很大，不存在销售风险。
随着原料氯化钾价格上涨，硫酸钾价格上涨值得期待。
建议财务评价硫酸钾价格取2600元/吨。
第四节价格目标市场分析及营销策略
钾肥是促进农作物生长并提高其产量和质量的重要肥源之一，钾肥的主要品种有氯化钾和硫酸钾。
由于不少农作物（如烟草、土豆、葡萄、柑桔、甘蔗等）有忌氯作用,使得氯化钾的使用大受限制.而我国是一个烟草生产大国，种植面积已达50万化顷，仅此一项每年就需要硫酸钾（70-80）万吨，再加上柑桔、茶叶等农作物以及其他工业生产的需求，年需量高达180多万吨，占全国硫酸钾市场的40%。
第五节市场竞争力分析
一、成本优势
1）原料：
就近取材依托丰富的盐湖资源，丰富的钾盐含量。
2）能源：
丰富的煤碳资源和天然气资源。
3）联产优势：
硫酸钾生产与PVC生产相结合，实现了增氯不增碱发展PVC的模式，解决了硫酸钾联产盐酸销路不畅和PVC生产HCL受烧碱销售制约的难题。
二、工艺技术和装备优势
采用先进的曼海姆生产装置，消化，改进了青上，齐化的同装置工艺，生产工艺污染小，钾利用率。
联产PVC解决了HCL销路难的问题，符合国家增氯不增碱的发展方向。
三、市场优势
硫酸钾是无氯优质钾肥，适用于多种经济作物，尤其适用于忌氯作物，如烟草、水果、甜菜、甘薯等。
施此肥料，主要可提高上述作物的产量，并明显改善质量。
这些多是其他钾肥可以取代的，近年来，随着国家忌氯政策的出台，使得氯化钾的使用大受限制。
随着中国农业生产的持续高速发展，经济作物的种植面积不断增加，加之硫酸钾在农业增产中的作用已逐渐为广大农民所认识，国硫酸钾需求量以每年10%左右的速度增长，致使国硫酸钾市场一直供不应求，每年尚需从国外大量进口弥补不足。
中国硫酸钾工业已有相当规模，且技术多样化，通过进一步的消化吸收、改造，国开发的硫酸钾生产技术已达到国际先进水平。
随着国大型硫酸钾矿资源的发现和许多新上扩产新建项目的投产，国硫酸钾市场日趋繁荣。
第二章建设规模与产品方案
第一节建设规模
主体项目：
200kt/a曼海姆法硫酸钾
第二节产品方案
硫酸钾产品质量标准
硫酸钾
指标
标准
K2O/%
≥50
ZBG21006—89
CL/%
≤1.5
H2SO4/%
≤0.5
H2O/%
≤1.0
着眼于世界围硫酸钾供需矛盾的状况及我国现状，选择硫酸钾的生产工艺时应考虑以下几点：
（1）应采取因地制宜的生产工艺，利用易得的生产原料制取硫酸钾以提高经济效益；
（2）应采用环境污染小，无“三废”排出的生产工艺；
（3）同时还应该致力于在成熟工艺基础上开发能够易于工业化的新技术、新工艺，适应市场经济的要求，增强产品在市场上的竞争力，提高我国硫酸钾的产量；
（4）符合国家提倡增氯不增碱发展PVC的理念，解决了硫酸钾联产盐酸销路不畅和PVC生产HCL来源不足制约两大行业发展的难题。
第三章技术方案、设备方案和工程方案
第一节技术方案
一、生产工艺选取
（一）国外生产工艺及技术进展
目前国际市场上采用的主要生产方法为曼海姆法和硫酸镁复分解法，主要集中在美国、德国、比利时、意大利、芬兰、西班牙。
产量约占世界总产量的3/4。
曼海姆法是最古老的硫酸盐生产方法，l9世纪末由德国MannheimVereim首创，故称曼海姆法。
这种方法技术成熟，钾的收率高，但是物料的腐蚀性和磨蚀力很强。
同时单台设备生产能力低，维修工作量大，投资费用高。
目前国外最大的是比利时的FessenderioHAM公司，年产量为100万吨。
目前国大多数企业都是采用改进方法。
硫酸镁复分解法在国际上也比较流行，工艺设备比较简单，可建成规模很大的装置，投资相对较低，主要缺点是钾的收率低，一步法收率57%，二步法收率78%，只有在氯化钾来源充分且价格低廉的条件下才有竞争性。
且硫酸钾的优级品率低，副产氯化镁的排放和污染问题未能很好解决。
其中以德国钾盐公司（K+S），美国大盐湖（GSL）为代表，年产量分别为100万吨，37万吨。
其他复分解方法以硫酸钠制取硫酸钾的生产路线是最适宜的。
副产氯化钠可以作为工业用盐或食盐。
该工艺的特点是投资省、能耗低、无污染、原料的选择余地大，但生产过程中复盐不能充分分解，消耗还欠佳，很多单位在形成能力后产品质量有待提高。
而且这种方法的钾利用率小于60%，以俄罗斯BeLorussiaSoligors为代表。
年产量为60万吨。
综合比较，曼海姆法原料最普遍，硫酸市场货源充足，且很多厂本身就有硫酸装置，而且曼海姆法本身技术成熟。
（二）生产方法概述
曼海姆法工艺原理简单地讲就是利用非挥发性的硫酸同氯化钾反应，生成固体硫酸钾和气体氯化氢，氯化氢用水吸收，制得工业级盐酸。
通常化学反应是分二步进行的，第一步是生成硫酸氢钾，第二步是硫酸氢钾继续同氯化钾反应，生成硫酸钾和氯化氢。
第一步反应在常温下就可进行，并放出热量；第二步为吸热反应，通常500-600℃下才能完成。
KCL+H2SO4→KHSO4+HCL
KCL+KHSO4→K2SO4+HCL
反应所需热量由天然气在反应炉燃烧室燃烧提供，燃烧室温度为1000～1100℃，反应室温度在500～600℃。
曼海姆硫酸钾联产氯化氢气体的组成为：
w（HC1）：
70%，w（空气）28.3%，w（H2SO4）=1.5%，w（KC1）：
0.2%。
曼海姆炉联产氯化氢气体中的主要杂质有两类：
一类是易溶于水的无机盐和无机酸；另一类是不溶于水的空气。
对前一类杂质一般可用洗涤的方法除去，一般选择浓硫酸和浓盐酸作为洗涤剂；对于除去氯化氢气体中的空气，一般采用水吸收制得浓盐酸，再由浓盐酸中解吸出氯化氢气体的方法。
由于氯化氢和水形成共沸物，浓盐酸在蒸馏时只能部分获得氯化氢气体，同时产生大量恒沸组成的稀盐酸。
因此，本工艺采用解吸塔底恒沸组成的稀盐酸作为氯化氢气体的吸收液。
吸收获得的浓盐酸一部分作为氯化氢气体的洗涤液，一部分用作解吸塔的原料。
洗涤产生的混酸作为商品出售。
具体工艺流程如下
原料氯化钾破碎到l00％小于2毫米后，经计量后加进曼海姆炉中，同时浓硫酸（98％）也经计量后加进曼海姆炉中。
反应在曼海姆炉中进行。
曼海姆炉是一种外加热式机械炉，用各种特殊的耐火材料砖砌成，炉膛温度500-600℃左右，燃烧室温度为1000~1100℃。
炉膛设有一个底部传动的耙子，反应物料不断被传动的耙子由中央推向边缘，最后由出料口排出炉外。
温度约400℃的硫酸钾经冷却到100～150℃后送去筛分、破碎。
筛下成品硫酸钾用中和剂中和后送成品仓库。
筛上硫酸钾经破碎后即可做为返料返回曼海姆炉，也可做为另一种规格产品包装出售。
从曼海姆炉中排出的热氯化氢要从空气中分离是工艺研究设计中的难点。
曼海姆炉生产硫酸钾所需的热量由燃料（天然气）与空气燃烧提供，燃烧室的温度应保持在800℃以上，以维持正常的反应温度，从炉子烟道出来的烟气进入热交换器回收热量后，由引风机排入大气。
来自硫酸钾装置反应炉的气体（氯化氢及杂质）经空冷器冷却后，先进入冷却洗涤器和洗涤塔（填料塔），经浓盐酸洗涤除去氯化钾和硫酸后，再进入吸收塔（降膜塔）。
在常压下用稀盐酸作吸收液，经两段吸收，在第二段降膜吸收塔底得到浓盐酸。
少量未吸收的氯化氢和气体杂质，经氯化氢回收塔和尾气清洗塔进一步用水吸收氯化氢后，尾气经引风机排空。
控制最末一级洗涤塔塔底混液中硫酸含量小于10%（质量分数），送入混酸贮罐。
二段降膜吸收塔底的浓盐酸送入盐酸解吸塔解吸出氯化氢气体。
解吸塔顶部温度控制在60℃左右，塔底温度控制在120℃左右。
解吸塔顶氯化氢气体出口压力控制在200kPa左右。
解吸塔底稀盐酸经水冷却后返回一段降膜吸收塔顶做吸收液。
解吸塔顶氯化氢气体经水冷和-15℃盐水冷冻脱水后，纯度达99%以上。
二、生产技术特点
曼海姆对比其他方法，工艺成熟，污染小，钾的利用率高，成品规格高，优势明显，但是也存在能耗大，一次性投入大，设备腐蚀、磨蚀严重等问题。
第二节主要设备方案
一、主要设备选型
局限于现今的锻造技术目前世界上最大的曼海姆是φ6000mm，每套的产量10kt/a.，所以要配套20台设备。
盐酸解析国运行最大的装置能力为25kt/a,而副产HCL有74kt/a,所以需配套3套解析装置。
200kt/a硫酸钾生产主要设备
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
反应炉
φ6000mm
20
附主机
大小齿轮、主轴等
附KCL布料器
附H2SO4布料器
附KCL计量输送器
1）硫酸钾出料主要设备一览表
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
冷却推料机
L6000*D1000
40
2
石灰石加料机
100-400kg/h
2
3
皮带输送机
L50000，W1000
2
4
斗式提升机
（1）
L1100W1000H4500
2
5
粉碎机
2
6
布袋除尘器
2
7
斗式提升机
（2）
L1400W1000H6500
2
8
螺旋输送机
L1600*D150
2
9
成品料仓库
60M3
2
3）盐酸吸收解析设备
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
管道冷凝器
CS+石墨φ300*8m
1
2
HCL缓冲罐
CS+石墨20m3
1
3
石墨冷却器
120m2
3
1350元/m2
4
气体洗涤塔
φ2000mm*12
9
5
降膜吸收器
200m2改性石墨
3
1350元/m2
6
降膜吸收器
175m2改性石墨
3
1350元/m2
7
中间盐酸罐
20m3,PVC材质
3
8
炉气抽风机
全压5323pa
风量3166M3/h
20
玻璃钢
附电机
3kw
9
盐酸泵
流量50，扬程25
8
附电机
5.5kw
10
水环式真空泵
180m3/h
3
附电机
5.5kw
11
尾气烟囱
φ0.2*10米
3
玻璃钢
12
HCL储罐
500m3
2
13
解析塔
25kt/a处理量
3
14
缓冲罐
20m3
1
15
一级冷凝器
240m2
1
16
二级冷凝器
180m2
1
17
尾气吸收塔
φ2*10m
4
玻璃钢
18
废酸储罐
25m3
1
4）其他设备
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
操作控制仪盘
2
2
KCL斗式提升机
L580W300H12000
2
3
KCL高位料仓
0.5m3
2
4
硫酸储罐
300m3
4
5
循环水冷却塔
1
循环水池
6
天然气预热炉
1
第三节工程方案
一、项目组成
项目主要建设容包括：
1）主体装置：
曼海姆法硫酸钾合成装置、盐酸解析提纯装置。
2）原料、成品仓库：
硫酸钾成品仓库、辅助原料仓库。
3）辅助装置：
变配电所、天然气预热装置、消防循环水站、污水处理站、废水处理站、机修车间、辅助材料仓库、晒干池、事故池。
4）生活设施包括职工综合楼（住宿区、浴室办公区、医疗、休闲以及食堂等）、办公楼。
二、建筑设计
本工程生产规模估算占地面积100亩，建筑面积30000m2。
三、工厂组成
由生产设施和辅助设施两部分组成。
生产系统：
曼海姆法硫酸钾合成装置、盐酸解析提纯装置。
辅助与附属生产系统：
化验室与环保监测站、机修、仪表修理、辅助材料仓库、炉修、电修、钢材仓库、备品备件仓库、原材料仓库等。
动力系统：
变配电所。
给排水系统：
消防循环水池、污水处理站、事故池。
总图运输系统：
厂区道路、综合管网、地磅等。
建筑物、构筑物一览表
序号
项目名称
建筑面积
结构类型
备注
（M2）
1
硫酸钾合成车间
20000
钢构或钢筋混凝土框架结构
2
硫酸钾原料成品仓库
15000
钢构或钢筋混凝土框架结构
3
盐酸解析提纯车间
1800
钢构或钢筋混凝土框架结构
4
辅助材料仓库
1500
钢构或钢筋混凝土框架结构
5
变电所
600
钢构或钢筋混凝土框架结构
6
消防循环水站（泵房）
100
钢构或钢筋混凝土框架结构
7
污水处理站（控制室）
100
钢构或钢筋混凝土框架结构
8
机修车间
500
钢构或钢筋混凝土框架结构
9
职工楼
2000
钢构或钢筋混凝土框架结构
10
办公楼
1000
钢构或钢筋混凝土框架结构
20
合计
42600
1）原则
①土建和公用工程依据工艺生产特点，在满足生产要求的前提下，力求操作方便，符合规定，坚固耐用，节约投资。
②建、构筑物的土建方案选择要执行国家现行的有关规和规定。
③建、构筑物的结构设计除满足强度、刚度、稳定性等要求，还应考虑工艺生产过程中的一些特殊要求。
④生产和辅助生产厂房应积极采用工厂一体化的布置原则。
⑤结构选型和建筑材料的选择要做到标准化、系列化、定型化、并积极推广新技术、新材料。
2）建筑处理
①墙体：
考虑当地气候条件及建设周期，厂房以钢结构为主，墙体双层彩钢或砖墙。
②屋面防水及保温：
一般为有组织排水，采用土工布等新型防水材料，层面保温材料用水泥珍珠岩。
③门窗：
厂房采用钢窗，控制室、操作室、办公及生活区域采用双层铝合金窗，厂房大门一般为钢木大门或铁门。
④楼地面：
一般地面为钢筋混凝土结构层上作水泥砂浆面层，生产车间及化验楼作防腐地面，综合楼采用水磨石或磁砖地面。
⑤在防水方面，设计时参照工业厂房建设规和各建筑物间距、人流物流通道的规。
3）本项目根据工艺生产需要并结合当地气候特点，多层厂房采用钢结构柜架或现浇钢筋混凝土框架结构，单层生产厂房和部分辅助生产厂房采用钢筋混凝土排架结构。
辅助、服务设施采用砖混结构。
本工程结构抗震设防裂度为七度。
根据不同的建、构筑物及其重要性对地基采取相应的处理，对上部负荷较大的建、构筑物采用柱基础，一般的建、构筑物采用天然地基。
第四章主要原材料、燃料供应
第一节主要原辅材料供应
序号
名称
规格
消耗定额
年总用量
供应
运输条件
1
氯化钾
K20≥60％
870Kg/t
17.4万t
外购
汽车
2
硫酸
98%
570Kg/t
11.4万t
外购
汽车
3
石灰
40Kg/t
8000t
外购
汽车
第二节主要燃动供应
K2SO4
名称
单位
每吨K2SO4消耗
年总用量
电力
Kw.h/t
65
1300万
天然气
m3/t
85
1720万
循环水
t/t
45
900万
新鲜水
t/t
0.5
10万
第五章总图运输与公用辅助工程
第一节总图布置
（1）总平面布置原则
a.遵循总图专业布置原则，执行国家颁布的有关规、规定和标准要求。
b.充分利用界区现有土地资源，因地制宜，节约用地，紧凑布置，保证安全及消防的要求。
c.力求工艺流程顺畅，管线短捷，使各规划装置区有机结合，方便生产管理。
d.确保界区外道路及公用工程管线引入顺畅，便捷。
e.总图布置充分考虑规划厂址的风向因素。
f.厂区道路和场地的布置充分考虑装置的施工、设备安装、检修及消防通道。
本项目占地约100亩。
1）主体装置：
曼海姆法硫酸钾合成装置、盐酸解析提纯装置。
2）原料、成品仓库：
硫酸钾成品仓库、辅助原料仓库。
3）辅助装置：
变配电所、天然气预热装置、消防循环水站、污水处理站、废水处理站、机修车间、辅助材料仓库。
4）生活设施包括职工综合楼（住宿区、浴室办公区、医疗、休闲以及食堂等）、办公楼。
布置详见附图1
第二节场外运输
大宗原料（KCL就地取材直接有汽车引入厂）其他原料由汽车运输。
总运输量：
50.4万吨
输入：
29.9万吨
输出：
20.5万吨
运输量表单位：
万吨
项目
货物名称
运输量
运输方式
运入
氯化钾
17.4
汽车
硫酸
11.4
汽车
石灰
0.8
汽车
其他
0.3
汽车
合计运入
29.9
运 出
硫酸钾
20
铁路
曼海姆炉渣
0.5
汽车
合计运出
20.5
总计
50.4
第三节公用辅助工程
公用设施区：
主要包括制消防循环水站、污水处理站、晒干池、汽车衡、事故池。
循环消防水站是服务于生产设施的，所以将该装置布置在厂区的中间地段，靠近工艺装置区。
一、供配电系统
（一）电源选择
为保证生产装置用电设备的连续供给，考虑到项目厂址距离当地变电站的距离较近、供电线路短、项目用电量小等原因。
为保证供电可靠性和减小投资费用，拟从昆仑开发经济区110KV变电所引接两路电压等级为10KV的线路为本项目提供电源。
电源线路采用架空方式，引入厂区附近后采用电缆直埋地引入厂区变电所。
（二）用电负荷及负荷等级
本项目总装机容量约10000KW，负荷等级以一类为主。
二、给排水工程
（一）给水工程
1、用水量
本项目根据用水性质的区分,给水系统划分为三个系统：
●生产、生活和低压消防用水给水系统
●稳高压消防给水系统
●循环水系统
2、供水水源与给水系统
（1）供水水源
根据本项目各工段用水量、水质和压力的要求，在开发区建厂，生产、生活用水均可由自来水公司供应。
（2）给水系统
管路输送，给水总管为Dg200，循环水池为4000m3。
生产、生活给水管公标直径大于50mm采用给水管（PP-R）、热熔连接。
生产、生活给水管公标直径小于或等于50mm采用给水管（ABS）、胶水粘接。
生产、生活用水主要供硫酸钾、自备电站、循环水补充水等，
根据《建筑设计防火规》和《石油化工企业设计防火规》中有关规定，消防按同一时间厂区火灾处数为
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