CN101196457A - 气体分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分析化学专业中分析仪器领域。它提供一种气体分析仪，包括气压输送泵、气压输送管、自动控制器、进样计量装置和气体成分吸收装置，所述的气体成分吸收装置包括多个结构相同的气体成分吸收单元，气体成分吸收单元与进样计量装置、气压输送管、自动控制器连接。各气体成分吸收单元的吸收瓶内盛放吸收不同气体的吸收液或可燃气体燃烧丝，可用于成分复杂的气体成分分析，分析过程由自动控制器程序控制，生产成本低，操作过程简单、分析结果准确可靠。

Description

气体分析仪

技术领域

本发明涉及分析化学专业中分析仪器领域。

背景技术

气体分析仪用于可被化学吸收液定量吸收或可转化为定量吸收的气体(例如CO₂、O₂、CO、H₂、CH₄、乙炔等)的分析。化工、矿山、冶金及现代农业等方面应用前景广泛。工业气体分析化学吸收法相对色谱法具有价格、场地、无需载体气、简便等方面的优势，应用广泛。但现行的化学吸收法也存在操作手续相对繁锁、吸收、计量较难智能自动化的缺点。目前虽有化学吸收法自动检测方面的专利，但存在自动操作方面的缺陷，尚无投入工业现行实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气体分析仪，解决被测量气体在各吸收液间的转移、吸收、计量方面的不确定性，使之简单化、智能化，分析结果在可允许的偏差内，有较好的重现性。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种气体分析仪，其特征在于，它还包括气压输送泵、气压输送管、进样计量装置和气体成分吸收装置；

所述进样计量装置包括第一增压阀、第一减压阀、第一阻隔定位器、气体体积计量器、第一平衡瓶、第一吸收瓶、进样阀、排空阀；第一平衡瓶、第一吸收瓶的下出口用U型连通管连接，第一平衡瓶的水平位置高于第一吸收瓶；第一平衡瓶的上出口连接第一阻隔定位器的下出口，第一阻隔定位器的上出口连接第一增压阀的一端、第一增压阀的另一端连接气压输送管，第一减压阀的一端接在第一阻隔定位器与第一增压阀之间，另一端悬空；第一吸收瓶的上出口通过连通管连接进样阀的一端，进样阀的另一端连接样气输送管，排空阀的一端接在进样阀与第一吸收瓶之间，另一端悬空；

所述气体体积计量器连接所述第一平衡瓶，通过称量该第一平衡瓶所容纳的液体的重量来换算为气体的体积。

所述气体成分吸收装置包括至少一个气体成分吸收单元，气体成分吸收单元包括第二增压阀、第二减压阀、第二阻隔定位器、第二平衡瓶、第二吸收瓶，所述第二平衡瓶、第二吸收瓶的下出口用U型连通管连接，第二平衡瓶的水平位置低于第二吸收瓶，第二平衡瓶、第二吸收瓶以及U型连通管内盛放吸收液；第二平衡瓶的上出口连接第二阻隔定位器的下出口，第二阻隔定位器的上出口连接第二增压阀的一端、第二增压阀的另一端连接气压输送管，第二减压阀的一端接在第二阻隔定位器与第二增压阀之间，另一端悬空；第二吸收瓶的上出口通过连通管连接在所述进样计量装置的排空阀与第一吸收瓶之间的连通管上。

所述第一阻隔定位器为椭圆球形腔体，腔体上下分别有出口，腔体内壁装有刚性网状椭圆球，该刚性网状椭圆球的轴面上安装薄膜，所述薄膜将椭圆球形腔体分为各自封闭的上下部分，薄膜可在刚性网状椭圆体内伸张；当腔体上部分气压大于下部分气压时，薄膜向下伸张，直到碰到刚性网状椭圆球的下半部刚性网后则不再伸张；反之，当腔体下部分气压大于上部分气压时，薄膜向上伸张，直到碰到刚性网状椭圆球的上半部刚性网后则不再伸张。因此，第一阻隔定位器可以实现两种效果：一是准确控制样气的进入量；二是在气压输送泵的作用下，体积可控地将样气输送到气体成分吸收单元。

所述第二阻隔定位器与所述第一阻隔定位器结构相同。第二阻隔定位器的实现效果为：在气压输送泵的作用下，体积可控地将样气输回到进样计量装置。

进一步地，所述的气体分析仪还包括空气进气阀，所述空气进气阀通过连通管连接在不吸收氧气的第二吸收瓶上。在此种条件下，第二阻隔定位器还可以实现另一个效果：即准确控制空气的进入量。

作为优选的技术方案，所述的气体分析仪，其特征在于，它还包括智能控制器，所述智能控制器连接气体体积计量器，由智能控制器完成气体体积计量器所称重量到气体体积的换算。

优化地，所述所述智能控制器分别连接并控制所述气体成分吸收单元的第二增压阀和第二减压阀；所述气体成分吸收单元的第二吸收瓶包括电燃烧丝，该电燃烧丝的电源开关连接所述智能控制器，受智能控制器控制。

进一步地，所述气体分析仪还包温度检测器，所述温度检测器连接所述智能控制器；智能控制器根据温度检测器提供的环境温度，对所测气体体积依据现有的经验公式进行修正。

优选地，所述智能控制器为单片机的组合。

更优化地，所述进样计量装置还包括进样补充装置，连接在气压输送管与第一平衡瓶的上出口之间。

作为进样补充装置的优选，所述进样补充装置包括气压直供阀、第一补充增压阀、第一补充减压阀、第一补充阻隔定位器、第二补充增压阀、第二补充减压阀、第二补充阻隔定位器、第一连通阀、第二连通阀；所述气压直供阀连接第一连通阀与气压输送管；

所述第一补充增压阀的一端连接气压输送管，另一端连接第一补充阻隔定位器的上出口，第一补充阻隔定位器的下出口连接所述第一连通阀，第一连通阀的另一端连接第二连通阀，第一补充减压阀的一端接在第一补充阻隔定位器与第一补充增压阀之间，另一端悬空；

所述第二补充增压阀的一端连接气压输送管，另一端连接第二补充阻隔定位器的上出口，第二补充阻隔定位器的下出口连接所述第二连通阀与第一连通阀的中间，第二补充减压阀的一端接在第二补充阻隔定位器与第二补充增压阀之间，另一端悬空；

所述第一连通阀连接气压直供阀、第一补充阻隔定位器，另一端连接第二连通阀。所述第二连通阀连接第二补充阻隔定位器、第一补充阻隔定位器，另一端连接第一平衡瓶上端口。

本发明所提供的气体分析仪用于气体分析时，可方便地使被测气体在分析系统内吸收液之间、吸收液与计量系统之间的自动转移以及吸收液在燃烧瓶、爆发瓶、吸收瓶之间的自动转移，准确分析被测气体成分。

由于本气体分析仪提供的气体成分吸收装置包括若干结构相同的气体成分吸收单元，各气体成分吸收单元放置不同的吸收液，可适用于含有多个成分不同的样气的成分分析。

本气体分析仪的分析过程由智能控制器控制，无须人工干预或计算，实现了化学吸收法工业气体分析的自动化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是本气体分析仪的结构示意图。

图2是本气体分析仪的阻隔定位器的结构示意图。

图3是本发明具体实施例所涉及的某型号气体分析仪的结构示意图。

具体实施方式

图1所示的气体分析仪包括虚框101所示的进样计量装置、虚框102所示的气体成分吸收装置，气压输送泵5、气压输送管15，智能控制器6和温度检测器7。气压输送泵提供稳定的低压空气指使被吸收气体在两个吸收瓶间或吸收瓶与爆发瓶、燃烧瓶间转移。智能控制器指令气体分析全过程，计录比较每次被吸收气体体积并发出是否进行或停止吸收或转移指令，根据被吸收气体体积存储数据并集合环境温度数据计算并显示、储存分析结果，吸收全过程程序控制。温度检测仪检测吸收时环境温度并提供给智能控制器。

图1中虚框101所示的气体分析仪的进样计量装置包括第一增压阀10、第一减压阀11、第一阻隔定位器3、气体体积计量器4、第一平衡瓶2、第一吸收瓶1、进样阀8、排空阀9；所述各部件之间的连接关系在说明书发明内容中已作了详细说明，故此不再赘述，如图所示。气体体积计量器4为电子秤量器，通过秤量第一平衡瓶2中液体重量来计量气体体积。气体计量器计量每次进入第一平衡瓶末吸收前的体积和吸收后的体积并将其存入智能控制器。

图1中虚框102所示的气体成分吸收装置的第一气体成分吸收单元，它包括第二增压阀23、第二减压阀24、第二阻隔定位器30、第二平衡瓶22、第二吸收瓶21以及空气进气阀12。所述各部件之间的连接关系在说明书发明内容中已作了详细说明，故此不再赘述，如图所示。图1虚框103、104、105...110所示为与虚框102所示的气体成分吸收单元结构相同的其它气体成分吸收单元，各气体成分吸收单元间的连接关系在说明书发明内容中已作了详细说明，故此亦不再赘述。

图2所示为阻隔定位器的示意图。它为椭圆球形腔体201，椭圆球形腔体201的上下有开口，腔体内壁装有刚性网状椭圆球202，该刚性网状椭圆球的轴面上安装薄膜203，所述薄膜203将椭圆球形腔体分为各自封闭的上下部分。所述薄膜203具有伸张性，当椭圆球形腔体201的上开口有压力时，薄膜203向下伸张；当椭圆球形腔体201的下开口有压力时，薄膜203向上伸张。其上下伸张的范围被刚性网状椭圆球202所限定，同时刚性网状椭圆球202也起到保护薄膜203不被吹破的作用。

实施例

图3是本发明具体实施例所涉及的某型号气体分析仪的结构示意图。值得说明的是，为更清楚地说明本实施例的结构和工作原理，本实施例的附图3对各个电磁阀、阻隔定位器、吸收瓶、平衡瓶作了有别于附图1的编号，以下所涉及的编号均参照自图3。图3所示的气体分析仪包括：微压空气输送泵5、智能控制器6、温度检测仪7、进样计量装置和气体成分吸收装置。其中，

进样计量装置包括：第一增压阀F9、第一减压阀F10、第一阻隔定位器G3、气体体积计量器4、第一平衡瓶H1、第一吸收瓶X1、进样阀F11、排空阀F12以及进样补充装置。进样补充装置由气压直供阀F2、第一补充增压阀F3、第一补充减压阀F4、第一补充阻隔定位器G1、第二补充增压阀F7、第二补充减压阀F8、第二补充阻隔定位器G2、第一连通阀F5、第二连通阀F6组成。

气体成分吸收装置包括5个气体成分吸收单元：

第二增压阀F13、第二减压阀F14、第二阻隔定位器G4、第二平衡瓶H2、第二吸收瓶X2组成第一气体成分吸收单元；第二增压阀F15、第二减压阀F16、第二阻隔定位器G5、第二平衡瓶H3、第二吸收瓶X3组成第二气体成分吸收单元；第二增压阀F17、第二减压阀F18、第二阻隔定位器G6、第二平衡瓶H4、第二吸收瓶X4组成第三气体成分吸收单元；第二增压阀F19、第二减压阀F20、第二阻隔定位器G7、第二平衡瓶H5、第二吸收瓶X5组成第四气体成分吸收单元；第二增压阀F21、第二减压阀F22、第二阻隔定位器G8、第二平衡瓶H6、第二吸收瓶X6组成第五气体成分吸收单元；空气进气阀23通过粉尘过滤器接在第二吸收瓶X6的上开口。

第一平衡瓶H1、第一吸收瓶X1、平衡瓶H5、第二吸收瓶X5、第二平衡瓶H6、第二吸收瓶X6中的液体不吸收任何气体，且第二吸收瓶X5的上部安装白金电热丝。第二平衡瓶H2、第二吸收瓶X2中盛有氢氧化钾溶液；第二平衡瓶H3、第二吸收瓶X3盛有硫酸汞溶液；第二平衡瓶H4、第二吸收瓶X4盛有焦性没食子酸溶液。

第一补充阻隔定位器G1、第二阻隔定位器G4、G6、G7的有效容积为150ml，第一阻隔定位器G3、第二阻隔定位器G5的有效容积为50ml，第二阻隔定位器G8的有效容积为100ml，第二阻隔定位器G2的有效容积为20ml。

本实施例以对高炉煤气的检测过程为例，详细描述本气体分析仪的工作过程。在工作前，所有阀门处于关闭状态。工作过程如下：过程一、样气取样过程，包括：

步骤1-1、开启电源；

步骤1-2、开启气压直供阀F2、第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二补充减压阀F8，空气进入第一补充阻隔定位器G1；二秒种后关闭气压直供阀F2、第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二补充减压阀F8，将样气接入进样阀F11前的粉尘过滤器端口上。然后开启第一减压阀F10、进样阀11，使样气经粉尘过滤器进入第一吸收瓶X1。然后关闭第一减压阀F10、进样阀F11，然后智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据。

步骤1-3、开启第一增压阀F9，二秒钟后第一增压阀F9关闭。三秒种后智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据。

步骤1-4、智能控制器6比较步骤1-2与1-3步骤所记载的气体体积，判断体积是否有变化？如果有，则终止程序，报警；否，则继续下一步骤。

步骤1-5、开启排空阀F12、第一增压阀F9，五秒种后第一吸收瓶X1中样气被排空。关闭排空阀F12、第一增压阀F9，开启第一减压阀F10、进样阀F11，样气再次进入第一吸收瓶X1。然后关闭第一减压阀F10、进样阀F11，智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据记为V1。

过程二、二氧化碳气体成分吸收过程，包括：

步骤2-1、开启第二减压阀F14、第一增压阀F9，样气被送入第二吸收瓶X2吸收二氧化碳。五秒种后第二减压阀F14、第一增压阀F9关闭，第一减压阀F10、第二增压阀F13开启。样气返回第一吸收瓶X1。五秒种后第一减压阀F10、第二增压阀F13关闭。智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据。

步骤2-2、重复2-1步骤一次。

步骤2-3、智能控制器6用当前一次计量体积与前一次计量体积比较。若体积有变化，则从2-1开始重复上述步骤。否则，记录当前的气体体积为V2。得到二氧化碳的含量为二氧化碳％＝2×(V1-V2)×100％。

过程三、不饱和碳氢化合物气体成分吸收过程，包括：

步骤3-1、开启第二减压阀F16、第一增压阀F9，样气被送入第二吸收瓶X3吸收。五秒钟后第二减压阀F16、第一增压阀F9关闭，第一减压阀F10、第二增压阀F15开启。样气返回第一吸收瓶X1。五秒钟后第一减压阀F10、第二增压阀F15关闭。智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据。

步骤3-2、重复上述步骤一次。

步骤3-3、智能控制器6比较当前一次计量体积与前一次计量体积。若体积有变化，则从3-1开始重复上述步骤。否则，记录当前的气体体积为V3；则不饱和碳氢化合物的含量为不饱和碳氢化合物％＝2×(V2-V3)×100％。

过程四、氧气成分吸收过程，包括：

步骤4-1、开启第二减压阀F18、第二增压阀F19，样气被送入第二吸收瓶X4吸收。五秒钟后关闭第二减压阀F18、第二增压阀F19，开启第一减压阀F10、第二增压阀F17，使样气返回第一吸收瓶X1。五秒钟后第二增压阀F19、第二增压阀F17关闭。

步骤4-2、智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据。

步骤4-3、重复4-1、4-2步骤一次。

步骤4-4、智能控制器6比较当前一次计量体积与前一次计量体积。若体积有变化，则从4-1开始重复上述步骤。否则，记录当前的气体体积为V4；则氧的含量为氧％＝2×(V3-V4)×100％。

过程五、可燃气体成分吸收过程，包括：

步骤5-1、开启第二减压阀F22、空气进气阀23，空气进入第二吸收瓶X6。二秒钟后关闭第二减压阀F22、空气进气阀23。然后开启第二减压阀F20、第二增压阀F21，使100ml空气进入第二吸收瓶X5。三秒钟后第二减压阀F20、第二增压阀F21关闭。

步骤5-2、开启第二吸收瓶X5的白金丝供电电源，然后开启第二补充增压阀F7、第二连通阀F6、第二减压阀F20。样气被压入第二吸收瓶X5，样气中可燃气体与空气混合燃烧。五秒种后关闭第二补充增压阀F7、第二连通阀F6、第二减压阀F20，然后关闭第二吸收瓶X5的白金丝供电电源。

步骤5-3、开启第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F19。样气返回第一吸收瓶X1。五秒种后第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F19关闭。然后开启第二减压阀F20、第一补充增压阀F3、第一连通阀F5、第二连通阀F6。五秒种后关闭第二减压阀F20、第一补充增压阀F3、第一连通阀F5、第二连通阀F6，样气被压入第二吸收瓶X5。

步骤5-4、开启第二吸收瓶X5白金丝供电电源。二秒钟后第二吸收瓶X5白金丝供电电源关闭。

步骤5-5、开启第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F19。五秒钟后第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F19关闭。样气返回第一吸收瓶X1。

步骤5-6、智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据为V5。

步骤5-7、开启第一补充增压阀F3、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二减压阀F14。样气被送入第二吸收瓶X2吸收二氧化碳。五秒钟后第一补充增压阀F3、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二减压阀F14关闭。第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F13开启，样气返回第一吸收瓶X1。三秒钟后第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F13关闭。然后重复本步骤一次。

步骤5-8、智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据为V6。

步骤5-9、开启第一补充增压阀F3、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二减压阀F18，样气被送入第二吸收瓶X4吸收氧。五秒钟后第一补充增压阀F3、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二减压阀F18关闭。第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F17开启，样气返回第一吸收瓶X1。三秒钟后第一补充减压阀F4、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第二增压阀F17关闭。然后重复本步骤一次。

步骤5-10、智能控制器6通过气体体积计量器4测量气体体积，并存储数据为V7。

过程六、计算、结果输出过程，包括：

智能控制器根据下列公式计算可燃气体内各组分的含量(所述公式为教科书如《工业分析》所揭示)：

氮％＝100-二氧化碳％-不饱和碳氢化合物％-氧％-甲烷％-一氧化碳％-氢％。

过程七、结束过程，包括：

开启第一补充增压阀F3、第二补充增压阀F7、第一连通阀F5、第二连通阀F6、第一增压阀F9、第二增压阀F13、F15、F17、F19、排空阀F12，排空各阻隔隔离器中的残余气体。三秒种后关闭。最后关闭电源。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种气体分析仪，其特征在于，它还包括气压输送泵、气压输送管、进样计量装置和气体成分吸收装置；

所述进样计量装置包括第一增压阀、第一减压阀、第一阻隔定位器、气体体积计量器、第一平衡瓶、第一吸收瓶、进样阀、排空阀；第一平衡瓶、第一吸收瓶的下出口用U型连通管连接，第一平衡瓶的水平位置高于第一吸收瓶；第一平衡瓶的上出口连接第一阻隔定位器的下出口，第一阻隔定位器的上出口连接第一增压阀的一端、第一增压阀的另一端连接气压输送管，第一减压阀的一端接在第一阻隔定位器与第一增压阀之间，另一端悬空；第一吸收瓶的上出口通过连通管连接进样阀的一端，进样阀的另一端连接样气输送管，排空阀的一端接在进样阀与第一吸收瓶之间，另一端悬空；所述气体体积计量器连接所述第一平衡瓶，通过称量该第一平衡瓶所容纳的液体的重量来换算为气体的体积；

所述气体成分吸收装置包括至少一个气体成分吸收单元，气体成分吸收单元包括第二增压阀、第二减压阀、第二阻隔定位器、第二平衡瓶、第二吸收瓶，所述第二平衡瓶、第二吸收瓶的下出口用U型连通管连接，第二平衡瓶的水平位置低于第二吸收瓶，第二平衡瓶、第二吸收瓶以及U型连通管内盛放吸收液；第二平衡瓶的上出口连接第二阻隔定位器的下出口，第二阻隔定位器的上出口连接第二增压阀的一端、第二增压阀的另一端连接气压输送管，第二减压阀的一端接在第二阻隔定位器与第二增压阀之间，另一端悬空；第二吸收瓶的上出口通过连通管连接在所述进样计量装置的排空阀与第一吸收瓶之间的连通管上；

所述第一阻隔定位器为椭圆球形腔体，腔体上下分别有出口，腔体内壁装有刚性网状椭圆球，该刚性网状椭圆球的轴面上安装薄膜，所述薄膜将椭圆球形腔体分为各自封闭的上下部分，薄膜可在刚性网状椭圆体内伸张；所述第二阻隔定位器与所述第一阻隔定位器结构相同。

2.根据权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于，所述气体成分吸收装置还包括空气进气阀，所述空气进气阀通过连通管连接在所述气体成分吸收单元的第二吸收瓶上方。

3.根据权利要求2所述的气体分析仪，其特征在于，它还包括智能控制器，所述智能控制器连接气体体积计量器，由智能控制器完成气体体积计量器所称重量到气体体积的换算。

4.根据权利要求3所述的气体分析仪，其特征在于，所述所述智能控制器分别连接并控制所述气体成分吸收单元的第二增压阀和第二减压阀；所述气体成分吸收单元的第二吸收瓶包括电燃烧丝，该电燃烧丝的电源开关连接所述智能控制器，受智能控制器控制。

5.根据权利要求4所述的气体分析仪，其特征在于，它还包温度检测器，所述温度检测器连接所述智能控制器；智能控制器根据温度检测器提供的环境温度，对所测气体体积依据现有的经验公式进行修正。

6.根据权利要求5所述的气体分析仪，其特征在于，所述智能控制器为单片机的组合。

7.根据权利要求1至6之一的气体分析仪，其特征在于，所述进样计量装置还包括进样补充装置，连接在气压输送管与第一平衡瓶的上出口之间。

8.根据权利要求7所述的气体分析仪，其特征在于，所述进样补充装置包括气压直供阀、第一补充增压阀、第一补充减压阀、第一补充阻隔定位器、第二补充增压阀、第二补充减压阀、第二补充阻隔定位器、第一连通阀、第二连通阀；所述气压直供阀连接第一连通阀与气压输送管；

所述第一补充增压阀的一端连接气压输送管，另一端连接第一补充阻隔定位器的上出口，第一补充阻隔定位器的下出口连接所述第一连通阀，第一连通阀的另一端连接第二连通阀，第一补充减压阀的一端接在第一补充阻隔定位器与第一补充增压阀之间，另一端悬空；

所述第二补充增压阀的一端连接气压输送管，另一端连接第二补充阻隔定位器的上出口，第二补充阻隔定位器的下出口连接所述第二连通阀与第一连通阀的中间，第二补充减压阀的一端接在第二补充阻隔定位器与第二补充增压阀之间，另一端悬空；

所述第一连通阀连接气压直供阀、第一补充阻隔定位器，另一端连接第二连通阀。所述第二连通阀连接第二补充阻隔定位器、第一补充阻隔定位器，另一端连接第一平衡瓶上端口。

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