火炬系统工艺设计说明书 醋酐联产醋酸项目高架火炬系统.docx

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火炬系统工艺设计说明书醋酐联产醋酸项目高架火炬系统

醋酐联产醋酸项目高架火炬系统

火炬系统工艺设计说明书

项目综述

高新区渭河洁能有限公司双醋项目设置两套火炬系统作为全厂事故排放以及放空配套的安全设施,分别为一套甲醇装置气化开工火炬,用于焚烧处理气化装置在事故、紧急、非正常生产工况下产生的气体以及开工时产生的气体(称为气化开工火炬);另一套甲醇装置事故火炬气火炬,用于焚烧处理在事故、紧急、非正常生产工况下产生的易燃、有毒气体以及在正常生产工况下产生的酸性气体(称为事故火炬),另有2路分别来自C7501排放气和氨压机排放气进入事故火炬。

另外,设置一套醋酸火炬单元专门用于醋酸装置的常排气及事故火炬气的处理(称为醋酸火炬)。

3套火炬系统共用一个塔架,设置在一个火炬界区内。

卖方提供的火炬系统必须保证装置在开停车、事故及正常排放时产生的放空气能够及时、安全、可靠地放空燃烧,并满足相关的环保要求。

1.设计条件

1.1事故、气化开工以及醋酸装置火炬排放气工艺参数(详见后附件2)

1.2点火燃料气及公用工程、地质、气象、地震等条件(详见附件1)

2.设计要求

2.1工艺技术要求

(1)卖方设计、供货的火炬应能保证在任何条件下都能稳定安全燃烧。

点火器在任何恶劣气候条件下(暴风雨、雪)都能产生稳定火焰引燃可燃气体。

放空气热值低,应考虑伴烧燃烧器充分燃烧放空气。

(2)火炬应有保持正压和防止回火的措施。

事故火炬和气化开工火炬应设有水封罐。

(3)火炬长明灯的点火方式的要求见3.2.1。

(4)要求实现事故火炬自动点火,做到废气随来随烧而不能未经燃烧直接排空。

事故火炬头和气化开工火炬头点火器的数量均为4个。

(5)火炬燃烧要完全,将易燃和有害物质尽可能完全地转变为不燃和无害物质以满足环保的要求。

(6)设有火焰稳定装置。

(7)要求地面热辐射强度(包含太阳热辐射):

1.50kJ/m2.s。

卖方应设计出合理的火炬高度。

(8)最大设计风速为24.3m/sec。

(9)卖方应按照GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》和GBJ87-85《工业企业噪声控制设计规范》,严格控制火炬噪声。

(10)火炬能实现低热值下无烟燃烧。

醋酸装置事故排放气及正常排放气都含有少量有害物质碘化氢,所以计算火炬高度时还应考虑到碘排放的环保要求。

而且应能确保火炬不携带可燃液体,保证无火雨产生。

(11)水封罐采用立式罐。

设计压力不低于1.0MPa(G)。

(12)水封罐考虑冬季防冻措施。

(13)按照年操作时间为8000小时进行设计。

(14)设备材料选择应具备耐高温、耐腐蚀性能,所有管材、角钢等材料表面镀锌处理(除不锈钢外),使用寿命不低于20年。

(15)本项目在老厂内建设,受建设场地限制,在满足相关规范要求下,火炬(包括地面防护)占地面积应越小越好。

(16电机的防护、防爆等级不低于dⅡCT4/IP65。

2.2控制系统技术要求

控制系统在DCS上组态,可实现远程、就地切换和控制操作。

(1)长明灯温度指示

(2)手、自动开点火器

(3)手、自动关点火器

(4)所有成套切断阀的开/关控制按钮(远程、就地)

(5)所有成套切断阀的开/关位置反馈指示(远程、就地)

(6)就地控制/远程控制切断开关

(7)就地控制/远程控制切换指示信号

上述信号及控制所需的其他压力等信号均要求硬接线远传至中控室DCS上,双方以就地接线箱端子排为界。

(8)就地操作盘为:

户外防雨、防腐型,采用不锈钢柜体,支架等连接件为不锈钢材质,并设置有防雨棚。

柜内电控元器件选型为施耐德、ABB或西门子产品。

现场电机及电器元件防护等级不低于dⅡCT4/IP65。

详细要求如下:

2.2.1系统控制

火炬的自动点火触发信号来自火炬气管线上的(距排放点距离近点为佳)的压差变送器信号(或流量信号,或二者兼有)。

卖方必须提供详细的控制方案,以便DCS组态;在DCS上做工艺流程图画面显示现场状态。

变送器采用EJA或者罗斯蒙特产品;程控阀采用无锡工装或者天津FISHER产品;液位测量必须采用差压变送器冗余配置、即每个液位测量系统不少于两套差压变送器(不采用液位开关);电磁阀采用ASCOJE4(220V),温度型号不采用温变,直接送毫伏信号;阀门的所有气源管线采用不锈钢材料。

2.2.2防爆高空点火装置防爆等级/防护等级dⅡCT4/IP67

2.3火炬塔架技术设计要求

(1)火炬塔架上部不小于10米范围内应同时考虑高温和腐蚀的影响。

(2)火炬塔架钢构件全部镀锌处理。

2.4技术要求说明

以上要求只是对火炬系统的一个基本要求,卖方提供的产品(包括供货设备和设计文件)功能并不局限于此,卖方有责任对其产品负责,并在任何情况下不能取消或减轻其责任。

3.供货范围及工作范围

卖方工作内容:

(1)整个火炬系统的系统设计。

注:

系统设计界区定义:

从废气进入火炬界区外一米起分界(详见PI&D及布置图)。

(2)供货范围内设备的详细设计及制造。

(3)火炬系统的安装指导、调试及开车。

3.1供货范围

卖方将负责由火炬气进火炬界区起至火炬燃烧后放空的整套火炬系统的供货(详见后附PI&D供货界区),包括但不限于以下内容(事故火炬和气化开工火炬,醋酸火炬):

(1)火炬头,分子封,火炬筒体

(2)水封罐、提升罐

(3)分液罐,泵

(4)长明灯及测温元件

(5)点火系统,包括地面点火器

(6)火炬头伴烧燃烧器

(7)仪表和就地操作控制盘(柜)

(8)火炬塔架、梯子,平台及照明设备

(9)界区内燃料气及公用工程用管线

(10)管道材料,接口处配对法兰、垫片、螺栓(所有与买方交接处以法兰连接)

(11)设备地脚螺栓、泵底座及地脚螺栓

(12)开车备件(包括点火器和热电偶)

3.1.1供货清单如下:

供货清单以PI&D图中供货界区及实现火炬系统要求为准。

设备供货清单

序号

名称

类型

规格

材料

数量

气化开工火炬

4

火炬筒体

不多于九段

DN1300×12mmH80m

16MnR

1台

事故火炬

4

火炬筒体

不多于九段

DN800×10mmH80m

16MnR

1台

醋酸火炬

1

醋酸火炬头

蒸汽消烟型火炬头

DN1000H5000

310/316L

1台

2

长明灯

高效节能型

310/316

4套

3

气体密封器

新型动态封

分子封DN1000

316L

1台

4

火炬筒体

不多于九段供货

DN1000×12mmH80m

316L

1套

5

提升罐

重力分离

DN3200H10m

316L

1台

6

凝液泵

Q=50m3/hH=50m

316L

1台

7

高空电点火装置

火操作盘(防爆)面状点火电极,绝缘高压电缆,4套

塔架

1套.变截面刚柔结合塔架技术,法兰螺栓连接,工厂制作,工厂立体预拼装,现场无焊接工作量,高度90m

管道

附塔管道相应增加

电气

附塔电气电缆相应增加

仪表

附塔仪表电缆相应增加

仪表配置清单

序号

货物名称

规格型号

产地

单位

数量

1

铠装热电偶

K型

上仪三厂

12

4

调节阀

DN200

无锡工装

1

6

开关阀

DN50

德国GSR

6

7

流量计

5

8

自力式调压阀

DN25

FISHER

2

电气配置清单

序号

货物名称

规格型号

产地

单位

数量

5

地面点火柜(高空点火装置)

带防雨罩

12

仪表配置清单

序号

货物名称

规格型号

产地

单位

数量

1

铠装热电偶

K型

上仪三厂

11

2

调节阀

DN50

无锡工装

2

3

调节阀

DN80

无锡工装

1

4

调节阀

DN100

无锡工装

1

5

开关阀

DN40

德国GSR

1

6

开关阀

DN50

德国GSR

5

7

自力式减压阀

DN20~50

FISHER

5

8

压力变送器

罗斯蒙特-3051

罗斯蒙特

2

9

液位变送器

罗斯蒙特-3051

罗斯蒙特

7

10

双金属温度计

 

上海自仪

4

11

磁翻板液位计

 

上海星申

3

12

压力表

界区内所有仪表由卖方供 

上海精普

若干

15

控制电缆及其他安装材料

 

1

16

就地操作盘

不锈钢

1

17

氮气流量计

3

注:

仪表,及仪表安装材料供应量满足安装的全部需求。

电气配置清单

序号

货物名称

规格型号

产地

单位

数量

1

现场低压配电箱

整体撬装 

江苏恒通

2

2

防爆照明灯

 

江苏恒通

8

3

高空障碍灯

 

上海航标厂

3

4

电力电缆及其他安装材料

 

1

5

地面点火柜(高空点火装置)

带防雨罩

11

注:

电气设备,及电气安装材料供应量满足安装的全部需求。

开车备件清单

序号

开车备件

型号规格

单位

数量

1

长明灯引射喷嘴

2

2

点火枪引射喷嘴

2

3

点火器

2

4

热电偶

2

3.2工作范围

3.2.1设计范围

卖方承担整个火炬系统的系统设计。

系统设计界区定义为从废气进入火炬界区外一米起分界。

卖方应提供详细、齐全的技术文件和图纸,至少应包括以下内容但不限于下列内容:

(1)系统详细说明

(2)设备制造蓝图(水封罐、提升罐、火炬筒体等)

(3)工艺管道PID流程图、仪表PID流程图

(4)设备布置图,塔架、梯子及平台

(5)配管图及材料表等安装文件

(6)工程设计范围内供货范围外的仪表设计条件

(7)工程设计范围内供货范围外其他特殊设备、管件的设计条件

(8)设备供货内容与设计单位分界明细表

(9)供DCS组态及控制的原理图及联锁图

(10)电气原理图、接线图

(11)公用工程用量及规格等级

(12)施工所需的基础条件(包括垂直力,弯矩和剪力)

(13)其他资料,包括照明设备、油漆及防火涂料、管道保温材料等文件。

(14)操作维修手册

(15)其他特殊要求如耐辐射要求、管道材料要求等

(16)除以上之外的全部设计资料及安装、维修资料等

3.2.2买方设计及工作范围

根据卖方的设计条件完成火炬系统的以下工作:

(1)土建基础

(2)火炬界区一米以外的管线、仪表、管件的设计、采购和施工,工艺及公用工程管道提供至火炬系统界区线外1米处。

(3)电源引至低压开关柜。

(4)提供电源及控制电缆至界区配电箱和控制盘(柜)。

3.2.3技术服务及培训

施工前,卖方派有经验的工程师进行施工交底,提交安装技术要求,配合制订完善的施工方案。

施工时,卖方派有经验的工程师常驻现场,全程提供现场安装指导。

施工结束,卖方负责系统调试并出示调试报告。

开车前,卖方对火炬系统(包括制造及安装质量)进行检查,确认达到设计要求。

卖方提供火炬系统操作维护手册。

卖方负责对买方操作维护人员进行培训,培训包括理论培训和实际操作培训。

系统运行期间,如果发生故障,在接到卖方通知后,6小时内作出响应,如果买方认为必要,36小时内派有经验的工程师现场解决问题。

卖方派出的现场服务人员和培训人员是精通其产品性能的、具有优秀的专业技术的、完全能够胜任本职工作的、具有相当动手能力的、能够主动工作的、具有良好的协调和协作精神的、身体健康的合格人员,否则买方有权拒绝接受或遣返。

4.工艺说明、设备选型包括技术参数、仪表控制方案及其公用工程消耗指标

火炬系统可保证装置在开停车、事故及正常排放时产生的放空气能够及时、安全、可靠地放空燃烧,并满足相关的环保要求。

3套火炬系统设置在一个火炬界区内,共用一座三角形塔架支撑。

4.1总图布置、防火距离、热辐射和火炬高度

火炬系统的总图布置应遵守GB50160-2008《石油化工企业设计防火规范》,规范对高架火炬系统的总图布置主要有以下要求:

Ø高架火炬的防火间距应根据人或设备允许的安全辐射热强度计算确定。

Ø对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距不小于规范中要求的距离,火炬的辐射热不应影响人身及设备的安全。

Ø全厂性的高架火炬宜位于生产区全年最小频率风向的上风侧。

本项目中,火炬排放总高度95米,在任何单套火炬最大量放空时,地面最大热辐射小于1.5kw/m2(包含太阳热辐射)。

以上热辐射计算未考虑三套火炬同时最大量排放的工况。

如果考虑三套火炬同时最大量排放,那么热辐射1.5kw/m2(包含太阳热辐射)的保护半径为150米,热辐射1.5kw/m2(不包含太阳热辐射)的保护半径为70米。

由于相关规范中并未要求火炬系统热辐射计算时保护太阳热辐射,因此,可以按照不包含太阳热辐射划定保护区域,即按照70米保护半径进行设计。

另外,火炬高度为95米时,火炬运行时地面噪声等级小于85分贝,满足GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》和GBJ87-85《工业企业噪声控制设计规范》的要求。

火炬界区占地面积约34米×24米。

4.2火炬筒体直径、压降、马赫数

气化开工火炬

事故火炬

醋酸火炬

体积流量

Nm3/h

54×104

19×104

79×104

平均分子量

20

21

46

排放温度

243

40

130

火炬筒体直径

mm

DN1300

DN800

DN1000

马赫数

0.4

0.3

0.38

气体流速

m/s

218

121

115

火炬界区内压力降

kPa

18

15

18

根据上表,各火炬马赫数均小于SH3009要求的0.5,满足要求。

根据上表,各火炬系统进入火炬界区压力均小于20kPa。

4.3气化开工火炬气

气化开工火炬气总管进入火炬界区后,经立式水封罐进入火炬筒体,通过动态密封器,最后在火炬头处放空燃烧。

水封罐:

气化开工火炬气主要组分是氢气、一氧化碳和水蒸汽,因此不设置分液罐,拟采用的水封罐设有双层不锈钢孔板以减少火炬气的雾沫夹带。

水封罐是保护火炬管网和生产装置防止回火的重要设备。

气体密封器:

气化开工火炬气具有排放直径大、排放温度高、氢气含量高三个重要特点,其气体密封器采用新型动态密封结构,配以紧急氮气吹扫,防止空气倒流进入火炬筒体。

火炬头:

气化开工火炬气热值低,可燃组分是氢气和一氧化碳,含有大量水蒸汽,因此火炬头使用空气助燃扩散燃烧型火炬头,同时长明灯保持长燃,保证火炬气充分燃烧。

4.4事故火炬气

事故火炬气总管进入火炬界区后,经立式水封罐进入火炬筒体,通过动态密封器,最后在火炬头处放空燃烧。

水封罐:

事故火炬气由多套生产装置排放产生,排放温度较低,排放组分中凝液产生可能性很小,因此不设置分液罐,拟采用的水封罐设有双层不锈钢孔板以减少火炬气的雾沫夹带。

水封罐是保护火炬管网和生产装置、防止回火的重要设备。

气体密封器:

事故火炬气排放温度较低,其气体密封器采用新型动态密封结构。

火炬头:

事故火炬气排放工况较多,有时还会有H2S气体排放,其火炬头使用空气助燃扩散燃烧型火炬头,同时长明灯保持长燃,以保证火炬气充分燃烧。

4.5醋酸火炬气

醋酸火炬排放气总管进入火炬界区后,经立式提升罐进入火炬筒体,通过动态密封器,最后在火炬头处放空燃烧。

酸性气火炬总管接入提升罐。

提升罐:

在火炬界区内设置分液罐,保证火炬不下火雨。

气体密封器:

由于醋酸易结晶,因此采用新型动态密封。

火炬头:

醋酸火炬头使用蒸汽助燃型火炬头。

4.6公用工程流程

4.6.1水封流程

气化开工火炬和事故火炬各设置一台水封罐。

水封罐为立式水封结构,水封高度通过水封罐溢流管控制。

溢流水排入带液位控制系统的废水收集槽,用泵送出火炬界区。

4.6.2水封罐补水流程

根据水封罐内水位信号,通过调节阀自动补水,控制水位。

4.6.3蒸汽管线

蒸汽作为醋酸火炬头的消烟蒸汽,同时作为提升罐、甲醇火炬水封罐以及各管线的伴热蒸汽。

消烟蒸汽通过调节阀接至醋酸火炬头,根据火炬头的消烟状况调节阀门开度,保证火炬头的良好消烟效果。

伴热蒸汽分别接至提升罐及甲醇火炬系统水封罐,内设盘管伴热器。

蒸汽同时还用作新鲜水、污水、燃料气等管道的伴热蒸汽。

蒸汽管路设置足够的疏水装置,蒸汽凝结水考虑就地排放。

4.6.4氮气管路

氮气吹扫作为防止回火的措施,设有常量吹扫和紧急吹扫两种方式。

常量吹扫氮气管道分别接至气化开工水封罐和事故火炬水封罐,作为相应火炬头动态密封气源。

常量吹扫氮气采用固定流量控制,其管道上设有自力式调压阀和限流孔板。

对于气化开工火炬,由于其火炬气排放温度很高,还设有紧急吹扫氮气管道。

紧急吹扫氮气采用自动控制,其管道接至气化开工火炬水封罐,设有自动开关阀,在火炬气大量放空结束后自动对火炬筒体内通入大量氮气,防止温度降低产生的负压现象。

4.6.5燃料气管线

燃料气用作两种用途:

地面内传焰点火器的燃料气气源;长明灯、高空点火枪的燃料气气源;

4.6.6仪表空气管

仪表空气管线经总阀、过滤器后接入地面点火器作为内传焰点火用空气气源。

该仪表空气管线同时也为火炬界区单元内的仪表气源。

4.6.7内传焰管道

地面内传焰点火器出口的内传焰管道共分成11路,分别接至各火炬长明灯的引火气管口。

每路引火管上分别设不锈钢球阀,引火管底部设放凝阀。

4.7火炬点火系统及控制

火炬设施配设两套独立的点火系统,确保火炬点火的高可靠性。

一套是地面内传焰点火系统;另一套是高空电点火系统。

气化开工火炬的火炬头上配设4支高效、节能型长明灯,事故火炬的火炬头上配设4支高效、节能型长明灯,醋酸火炬的火炬头上配设4支高效、节能型长明灯。

长明灯点火可以通过地面内传焰点火器手动点燃,也可以通过高空电点火装置点燃,点火方式可以为自动、遥控或者现场手动。

长明灯的点火触发信号采用长明灯温度信号。

长明灯上设铠装热电偶,温度信号送至DCS。

高空点火枪燃料气管线上的气动切断阀和高能点火发生器作为点火执行单元;长明灯热电偶作为火焰检测单元。

自动点火系统实现显示、报警、自动点火和巡检等功能。

长明灯保持常燃。

控制单元(DCS)根据长明灯温度信号决定是否应发出点火信号。

若长明灯熄灭,控制单元将发出点火指令:

打开高空点火枪燃料气管线上的气动切断阀,触发高空电点火装置点燃高空点火枪,高空点火枪的火焰随后引燃长明灯。

当长明灯热电偶检测到长明灯已燃后,点火控制单元将切断高空点火枪燃料气管线上的气动切断阀,同时停止点火,自动点火系统回到巡检状态。

若控制单元在延时后,仍未接到火焰检测单元发出的长明灯“有火”反馈,则表明点火失败,此时将继续点火程序。

经若干次点火程序后,依然无法检测到长明灯“有火”反馈,系统将发出报警信号。

点火控制单元具有以下功能:

●自动巡检点火触发信号。

●自动判断点火是否成功。

点火成功后自动切断高空点火枪的燃料气供应;如遇点火故障,则发出报警信号。

●显示长明灯工作状态。

4.8主要控制方案

4.8.1密封氮气的控制

氮气经自力式调压阀稳压后,由限流孔板控制进入动态封的流量。

紧急氮气吹扫根据火炬气压力变送器和温度变送器,自动打开吹扫阀门,保持火炬筒体内的微正压。

4.8.2消烟蒸汽的控制

火炬头的消烟蒸汽由气动调节阀控制消烟蒸汽的消耗量;气动调节阀的开度可以根据火炬头的消烟状况进行手动控制。

4.8.3新鲜水控制

新鲜水管线分别接入气化开工火炬水封罐、事故火炬水封罐和醋酸火炬提升罐,管线上分别设气动调节阀控制新鲜水流量;调节阀的开度根据水封罐或提升罐内的液位信号进行控制。

4.8.4液泵控制

根据提升罐的液位变送器信号,如果液位高于设定值,在控制室报警提醒操作人员至现场手动开泵,低液位时则自动停泵。

即高液位手动开泵,低液位自动停泵。

甲醇开工火炬水封罐和事故火炬水封罐的溢流水进入溢流水槽,水槽内的水通过污水泵送入污水处理厂。

水槽设液位变送器,如果液位高于设定值,在控制室报警提醒操作人员至现场手动开泵,低液位时则自动停泵。

即高液位手动开泵,低液位自动停泵。

4.9设备选型

4.9.1炬头设备型式

气化开工火炬头和事故火炬头采用扩散式空气助燃型火炬头。

该结构型式火炬头利用排放气自身压力和燃烧火焰,卷吸周围空气助燃,燃烧负荷范围宽广,对于小量排放气和大量排放气均能达到良好的燃烧效果。

醋酸火炬头采用七一一所专利技术,设高燃烧效率、低噪声、蒸汽消烟火炬头,蒸汽喷嘴采用高效梅花喷嘴以降低蒸汽消耗量。

火炬头采用多喷嘴小孔径喷射技术及消音技术,降低助燃蒸汽喷射噪音。

4.9.2防焖烧措施

采用七一一所专有技术,在火炬头出口处设有阻火装置,可最大程度阻止外部空气倒入火炬头内部,从根本上降低小排放量下火炬头内部“焖烧”的可能性。

4.10防回火措施及设备选型

4.10.1气体密封器

动态密封器的密封气为分子封,采用氮气,氮气的耗量采用固定流量控制方案。

气体密封器采用七一一研究所专用技术使火炬处于待命状态时消耗少量氮气即能有效阻止空气倒流进入火炬系统,且火炬处于工作状态时流动阻力最小。

4.10.2水封罐

水封罐作为一道可靠的防回火屏障,能够有效保证上游管道和装置安全。

4.10.3紧急氮气吹扫

由于气化开工火炬系统直径大,排放温度高,在火炬气大量放空结束后,由于火炬系统管道内温度的急剧降低,会出现明显真空状态。

这时,空气会大量倒灌进入火炬系统。

为了防止空气倒灌,需要增设紧急氮气吹扫措施。

在火炬气流量减小到一定程度后,向水封罐后火炬管道自动通入大量氮气,通过紧急吹扫维持火炬筒体内的正压,阻止空气倒流。

4.10.3新型流场动态密封

气体密封采用新型动态密封,提高密封效果,而且减少了氮气消耗量,避免了冬季冻堵现象,不需蒸汽伴热,实现了火炬气排放的本质安全。

而且气体密封器直接设置在火炬头内部,减少了设备投资额。

4.10.4选用节能型长明灯

火炬系统采用高效节能型长明灯。

长明灯设引射器,燃烧充分,火焰刚度好,燃烧稳定,不受恶劣气候影响,保证长明灯的运行可靠性及良好的节能效果。

4.10.5点火系统设置

本项目设有两套独立的点火系统,分别为地面内传焰点火器和高空电点火装置。

地面内传焰点火器实现手动点火,高空电点火装置可以实现手动、自动、遥控三种点火方式。

通过两套独立的高可靠性点火系统,保证火炬的及时引燃和安全排放。

4.10.6火炬塔架型式选择

火炬塔架采用三角形变截面刚柔结合塔架技术,法兰螺栓连接,工厂预制完成,现场不再需要焊接工作。

全部塔架构件在工厂进行立体预拼装,保证现场安装工作可以顺利进行。

4.10.7设备技术参数

一、火炬总体性能

1

火炬气数据

气化开工火炬气

事故火炬气

醋酸火炬气

设计流量

54×104Nm3/h

19×104Nm3/h

235938Nm3/h

排放温度

243℃

40℃

130℃

介质(主要成

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