CN102589313B - 一种多功能冷却塔应用方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多功能冷却塔应用方法及系统，可提供自然冷源和/或水冷机械冷源，用冷设备、三通阀I、闭式冷却塔的内循环系统、系统定压及补水装置、循环泵、三通阀II、冷水机组通过管路依次连通，构成第一回路；冷水机组、三通阀III、喷淋泵、闭式冷却塔的外循环系统通过管路依次连通，构成第二回路。本发明根据用冷设备进、出口温度及自然环境能提供自然冷源的状况灵活地选择冷源取自方式，使一套闭式冷却塔兼具闭式冷却塔和开式冷却塔作用，节省了另外一套开式冷却塔的购置，降低了成本，节约了能源，降低了功耗，节省了占地空间，减少了安装维护工时，提高了可靠性，延长了整套系统使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及冷却塔应用节能领域，特别涉及一种为一年四季都需要制冷的用户提供分别利用自然冷源和水冷机械冷源的多功能冷却塔应用方法及系统。
背景技术
冷却塔是一种根据水的蒸发吸热原理，利用空气同水的接触(直接或间接)来散去工业上或制冷空调中产生的废热以保证系统运行的散热装置。主要应用于空调冷却系统、冷库、塑胶化工、发电、汽轮机、铝型材加工、空压机、工业水冷却等领域。
目前应用的冷却塔主要有两种：
一种是开式冷却塔，其冷却原理是，通过将循环水以喷雾方式，喷淋到玻璃纤维的填料上，通过水与空气的接触，达到换热，再由风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出，从而达到冷却。开式冷却塔初投资少，维护点多。因无自带水槽，使用时需在塔底开水池，占地面积增大，伴随着水池的开设水泵和电力投资较大，水耗和电耗引起的运营成本较高。开式冷却塔水直接暴露在空气中，容易导致水质变坏，适用于对水质要求不是很高的场所。
一种是闭式冷却塔，由一个内循环系统(循环水系统)和一个外循环系统(喷淋水系统)构成。其冷却原理是：内循环与用冷设备对接，构成一个封闭式的循环系统(循环介质为软水)，为用冷设备提供冷量，将用冷设备中的热量排出；外循环含其自带水槽在冷却塔中，为冷却塔本身进行降温，外循环不与内循环水相接触，只是通过冷却塔内的紫铜管表冷器进行换热散热，通过自动控制，根据水温设置电机的运行。闭式冷却塔初投资较高，维护点少。其循环水的水质不受外界影响，适用于对循环水质要求比较高的场合。
发明内容
本发明提供的一种为一年四季都需要制冷的用户提供分别利用自然冷源和水冷机械冷源的多功能冷却塔应用方法及系统，根据用冷设备进、出口温度及自然环境能提供自然冷源的状况灵活地选择冷源，使一套闭式冷却塔兼具闭式冷却塔和开式冷却塔作用，节省了另外一套开式冷却塔的购置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
根据本发明的一方面，提供了一种多功能冷却塔应用系统，可提供自然冷源和/或水冷机械冷源，包括用冷设备、闭式冷却塔、系统定压及补水装置、循环泵、冷水机组、喷淋泵，所述闭式冷却塔包括内循环水系统和外循环水系统，其特征在于：
所述应用系统还包括三通阀I、三通阀II、三通阀III，每个三通阀均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口择一地与所述第一出口、第二出口连通；
所述用冷设备、三通阀I、闭式冷却塔的内循环系统、系统定压及补水装置、循环泵、三通阀II、冷水机组通过管路依次连通，构成第一回路；所述用冷设备与三通阀I的入口连通，闭式冷却塔的内循环系统与三通阀I的第一出口连通，系统定压及补水装置与三通阀I的第二出口连通；所述循环泵与三通阀II的入口连通，冷水机组与三通阀II的第一出口连通，用冷设备通过冷冻水旁通连接管路与三通阀II的第二出口连通；
所述冷水机组、三通阀III、喷淋泵、闭式冷却塔的外循环系统通过管路依次连通，构成第二回路；所述喷淋泵与三通阀III的入口连通，冷水机组与三通阀III的第一出口连通，闭式冷却塔的外循环系统通过冷却水旁通连接管路与三通阀III的第二出口连通。
优选地，对于一年四季都需要制冷的用户，充分利用自然冷源。所述多功能冷却塔应用系统根据用冷设备的进口温度，即水系统的供水温度，及用冷设备的出口温度，即水系统的回水温度，以及自然环境能提供自然冷源的状况，通过三通阀I的择一连通来决定用冷设备的冷源取自闭式冷却塔还是取自冷水机组，或是由闭式冷却塔和冷水机组共同提供。
当闭式冷却塔的内循环水系统的供水温度能满足用冷设备对冷源供水温度的要求，用冷设备的冷源取自闭式冷却塔，完全利用自然冷源，三通阀I的入口与其第一出口连通；三通阀II的入口与其第二出口连通，当循环泵排出的冷源介质在流经冷水机组的蒸发器时产生的压降较小并在可接受范围内时，三通阀II的入口亦可与其第一出口连通；同时，三通阀III的入口与其第二出口连通，当喷淋泵喷出的喷淋水在流经冷水机组的冷凝器中产生的压降较小并在可接受范围内时，三通阀III的入口亦可与其第一出口连通。此时整个系统启动的设备有：用冷设备，三个三通阀，闭式冷却塔，系统定压及补水装置，循环泵，喷淋泵。
当闭式冷却塔在所处环境中内循环水系统的供水温度高于用冷设备的出水温度时，用冷设备只能通过水冷冷水机组获取所需冷水，采用完全依靠机械冷源的方式，三通阀I的入口与其第二出口连通，三通阀III的入口与其第一出口连通，三通阀III的入口与其第一出口连通。此时用冷设备的冷源取自冷水机组，此时启动的设备有：用冷设备，三个三通阀，闭式冷却塔，系统定压及补水装置，循环泵，水冷冷水机组，喷淋泵。
当闭式冷却塔在所处环境中内循环水系统的供水温度低于用冷设备的出水温度，但在不开启冷水机组而单独运行闭式冷却塔又不能完全满足用冷设备的用冷需求时，此时用冷设备的冷源由闭式冷却塔和冷水机组共同提供。此时，三通阀I、三通阀II、三通阀III的入口分别与其各自的第一出口连通。此时启动的设备有：用冷设备，三个三通阀，闭式冷却塔，系统定压及补水装置，循环泵，水冷冷水机组，喷淋泵。
本发明的多功能冷却塔应用系统只需要闭式冷却塔和水冷冷水机组，即可满足在充分利用自然冷源的情况下实现用冷设备一年四季的供冷要求。条件一，当闭式冷却塔在所处环境中内循环水系统的供水温度能满足用冷设备对冷源供水温度的要求，可以完全利用自然冷源，即依靠闭式冷却塔实现排热冷却，无需开启机械冷源，冷冻水和喷淋水水系统可以旁通水冷冷水机组的水冷蒸发器与水冷冷凝器，以降低流动阻力；条件二，当闭式冷却塔在所处环境中内循环水系统的供水温度高于用冷设备的出水温度时，完全依靠机械冷源，即凭借水冷冷水机组制冷满足用冷设备的供冷需求；条件三，当闭式冷却塔在所处环境中内循环水系统的供水温度低于用冷设备的出水温度且又不能完全满足用冷设备对冷源供水温度的要求时，用冷设备可以部分利用自然冷源部分依靠机械冷源，以混合工况捕捉任何可以利用自然冷源的机会且又满足用冷设备的供冷需求，实现系统供冷能耗最低化。闭式冷却塔实现复用，其内循环水系统满足了自然冷源的需求，其外循环水系统满足了水冷冷水机组对冷却水的需求，不仅节约了成本，而且节约了设备占用的面积。
优选地，需要根据用冷设备对冷源供水温度的要求以及回水温度状况，以及闭式冷却塔内循环系统的出水温度来判断采用何种工况运行是最经济的，所述应用系统进一步包括用于测量用冷设备进、出口温度的传感器。
优选地，冷水机组包括冷凝器、蒸发器、节流部件和压缩机。
优选地，冷水机组的冷凝器为板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器。
优选地，冷水机组的蒸发器为板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器。
优选地，冷水机组的压缩机为离心式、螺杆式、涡旋式、活塞式或者滚动转子式中的任意一种，制冷剂为R22、R134a、R407C或R410A中的任意一种。
优选地，考虑到冬季及严寒季节的使用，为系统安全考虑，闭式冷却塔内循环水系统及外循环水系统中添加防冻剂，防冻剂为乙二醇、CaCl2、NaCl、MgCl2、甲酸钾、乙酸钾、甲酸钠、乙酸钠中的任意一种。
优选地，旁通设计是为了旁通冷水机组的换热器以减少阻力，冷水机组的冷凝器或者蒸发器在设计流量下压降较如果不采用旁通的形式也不会对系统水泵功耗产生较大影响时，可以忽略旁通，所述应用系统中可以不安装冷却水旁通连接管路和冷冻水旁通连接管路。
根据本发明的另一方面，提供了一种多功能冷却塔应用方法，利用闭式冷却塔和冷水机组，为一年四季都需要制冷的用户提供自然冷源和水冷机械冷源，其特征在于：
用冷设备、三通阀I、闭式冷却塔的内循环系统、系统定压及补水装置、循环泵、三通阀II、冷水机组通过管路依次连通，构成第一回路；所述用冷设备与三通阀I的入口连通，闭式冷却塔的内循环系统与三通阀I的第一出口连通，系统定压及补水装置与三通阀I的第二出口连通；所述循环泵与三通阀II的入口连通，冷水机组与三通阀II的第一出口连通，用冷设备通过冷冻水旁通连接管路与三通阀II的第二出口连通；
冷水机组、三通阀III、喷淋泵、闭式冷却塔的外循环系统通过连接管路依次连通，构成第二回路；所述喷淋泵与三通阀III的入口连通，冷水机组与三通阀III的第一出口连通，闭式冷却塔的外循环系统通过冷却水旁通连接管路与三通阀III的第二出口连通；其中，每个三通阀均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口择一地与所述第一出口、第二出口连通。
由以上技术方案可知，本发明提供的多功能冷却塔应用系统和方法，为一年四季都需要制冷的用户提供自然冷源和/或水冷机械冷源，根据用冷设备进、出口温度及自然环境能提供自然冷源的状况灵活地选择冷源取自方式，使一套闭式冷却塔兼具闭式冷却塔和开式冷却塔作用，节省了另外一套开式冷却塔的购置，降低了成本，节约了能源，降低了功耗，节省了占地空间，减少了安装维护工时，提高了可靠性，延长了整套系统使用寿命。
附图说明
图1为本发明的多功能冷却塔应用系统的结构示意图。
图2为本发明的多功能冷却塔应用系统处于由闭式冷却塔单独供冷模式时的结构示意图。
图3为本发明的多功能冷却塔应用系统处于由冷水机组单独供冷模式时的结构示意图。
图4为本发明的多功能冷却塔应用系统处于由闭式冷却塔和冷水机组共同供冷模式时的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明的多功能冷却塔应用系统的结构示意图。本发明的多功能冷却塔应用系统包括用冷设备1，三通阀I2、三通阀II6、三通阀III8，闭式冷却塔3，系统定压及补水装置4，循环泵5，冷水机组7，喷淋泵9，补水装置32。其中，每个三通阀均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口择一地与所述第一出口、第二出口连通。用冷设备1通过连接管路14与三通阀I2的入口连通；闭式冷却塔3通过连接管路15与三通阀I2的第一出口连通；闭式冷却塔3通过连接管路16、18、19与系统定压及补水装置4连通；系统定压及补水装置4通过连接管路17、18、19与三通阀I2的第二出口连通；系统定压及补水装置4通过连接管路19、20与循环泵5连通；循环泵5通过连接管路21与三通阀II6的入口连通；冷水机组7通过连接管路22与三通阀II6的第一出口连通；冷水机组7通过连接管路24、25与用冷设备1连通；用冷设备1通过冷冻水旁通连接管路23及连接管路25与三通阀II6的第二出口连通；喷淋泵9通过冷却塔外循环连接管路26与闭式冷却塔3连通；喷淋泵9通过冷却塔外循环连接管路27与三通阀III8的入口连通；冷水机组7通过连接管路28与三通阀III8的第一出口连通；冷水机组7通过冷却塔外循环连接管路29、31与闭式冷却塔3连通；闭式冷却塔3通过冷却塔外循环连接管路31及冷却水旁通连接管路30与三通阀III8的第二出口连通。
图2为本发明的多功能冷却塔应用系统处于由闭式冷却塔单独供冷模式时的结构示意图。当闭式冷却塔3在所处环境中内循环水系统的供水温度能满足用冷设备1对冷源供水温度的要求，用冷设备1通过闭式冷却塔3的内循环水系统完全利用自然冷源，三通阀I2的入口与第一出口连通；三通阀II6的入口与第二出口连通，当循环泵5排出的冷源介质在流经蒸发器12时产生的压降较小并在可接受范围内时，三通阀II6的入口也可与其第一出口连通；同时，三通阀III8的入口与第二出口连通，当喷淋泵9喷出的喷淋水在水冷冷水机组7的水冷冷凝器10中产生的压降较小并在可接受范围内时，三通阀III8的入口也可与其第一出口连通。此时用冷设备1的冷源取自于闭式冷却塔3的内循环系统。内循环水流动方向如图2中箭头A方向所示，闭式冷却塔3的外循环水系统水流动方向如箭头B方向所示。闭式冷却塔3中空气冷源由进口处的干冷空气状态转变为出口处的热湿空气状态，其流动方向如箭头C方向所示。
图3为本发明的多功能冷却塔应用系统处于由冷水机组单独供冷模式时的结构示意图。当闭式冷却塔3在所处环境中内循环水系统的供水温度高于用冷设备1的出水温度时，用冷设备1只能通过水冷冷水机组7获取所需冷水，采用完全依靠机械冷源的方式，三通阀I2的入口与第二出口连通，三通阀II6的入口与其第一出口连通，三通阀III8的入口与第一出口连通。此时用冷设备1的冷源取自冷水机组7，即用冷设备1所需冷水取自经冷水机组7运行时因蒸发器12中制冷工质吸热蒸发而得到温降后的闭式冷却塔3的部分循环水。冷源流动方向如图3中箭头D方向所示。闭式冷却塔3的外循环系统中水流动方向如图3中箭头E方向所示。闭式冷却塔3中空气冷源由进口处的干冷空气状态转变为出口处的热湿空气状态，其流动方向如图3中箭头C方向所示。
冷水机组7启动后，其制冷工质在蒸发器12中吸收废热蒸发后，进入压缩机13中被压缩后升温升压，之后进入冷凝器10中由闭式冷却塔3的喷淋水冷凝，之后再进入节流部件11节流降温降压，之后又进入压缩机13中重复压缩。制冷工质流动方向如图3中箭头G方向所示。
图4为本发明的多功能冷却塔应用系统处于由闭式冷却塔和冷水机组共同供冷模式时的结构示意图。当闭式冷却塔3在所处环境中内循环水系统的供水温度低于用冷设备1的出水温度，且在不开启冷水机组7而单独运行闭式冷却塔3又不能完全满足用冷设备1的出水温度要求时，可以让闭式冷却塔3和冷水机组7同时供冷以满足用冷设备1的供冷要求。此时，三通阀I2的入口与第一出口连通，三通阀II6的入口与其第一出口连通，三通阀III8的入口与第一出口连通。闭式冷却塔3内循环水系统的循环水流动方向如图4中箭头F方向所示。闭式冷却塔3外循环系统的喷淋水流动方向如图4中箭头E方向所示。闭式冷却塔3中空气流动方向如图4中箭头C方向所示。冷水机组7中制冷工质流动方向如图4中箭头G方向所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (15)
1.一种多功能冷却塔应用系统，可提供自然冷源和/或水冷机械冷源，所述应用系统包括用冷设备（1）、闭式冷却塔（3）、系统定压及补水装置（4）、循环泵（5）、冷水机组（7）、喷淋泵（9），所述闭式冷却塔（3）包括内循环水系统和外循环水系统，其特征在于：
所述应用系统还包括三通阀Ⅰ（2）、三通阀Ⅱ（6）、三通阀Ⅲ（8），每个三通阀均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口择一地与所述第一出口、第二出口连通；
所述用冷设备（1）、三通阀Ⅰ（2）、闭式冷却塔（3）的内循环系统、系统定压及补水装置（4）、循环泵（5）、三通阀Ⅱ（6）、冷水机组（7）通过管路依次连通，构成第一回路；所述用冷设备（1）与三通阀Ⅰ（2）的入口连通，闭式冷却塔（3）的内循环系统与三通阀Ⅰ（2）的第一出口连通，系统定压及补水装置（4）与三通阀Ⅰ（2）的第二出口连通；所述循环泵（5）与三通阀Ⅱ（6）的入口连通，冷水机组（7）与三通阀Ⅱ（6）的第一出口连通，用冷设备（1）通过冷冻水旁通连接管路与三通阀Ⅱ（6）的第二出口连通；
所述冷水机组（7）、三通阀Ⅲ（8）、喷淋泵（9）、闭式冷却塔（3）的外循环系统通过管路依次连通，构成第二回路；所述喷淋泵（9）与三通阀Ⅲ（8）的入口连通，冷水机组（7）与三通阀Ⅲ（8）的第一出口连通，闭式冷却塔（3）的外循环系统通过冷却水旁通连接管路与三通阀Ⅲ（8）的第二出口连通。
2.根据权利要求1所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，所述应用系统根据所述用冷设备的进、出口温度及自然冷源的温度，通过三通阀Ⅰ的择一连通来决定所述用冷设备的冷源取自所述闭式冷却塔还是取自所述冷水机组，或是由所述闭式冷却塔和所述冷水机组共同提供。
3.根据权利要求1或2所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，当所述闭式冷却塔内循环水系统的供水温度能满足所述用冷设备对冷源供水温度的要求时，所述用冷设备完全利用自然冷源，三通阀Ⅰ的入口与其第一出口连通；三通阀Ⅱ的入口与其第二出口连通，或当循环泵排出的冷源介质在流经冷水机组的蒸发器时产生的压降在可接受范围内时，三通阀Ⅱ的入口与其第一出口连通；三通阀Ⅲ的入口与其第二出口连通，或当喷淋泵喷出的喷淋水在流经冷水机组的冷凝器中产生的压降在可接受范围内时，三通阀Ⅲ的入口与其第一出口连通。
4.根据权利要求1或2所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，当闭式冷却塔内循环水系统的供水温度高于用冷设备的出水温度时，用冷设备的冷源取自冷水机组，三通阀Ⅰ的入口与其第二出口连通，三通阀Ⅱ的入口与其第一出口连通，三通阀Ⅲ的入口与其第一出口连通。
5.根据权利要求1或2所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，当单独运行闭式冷却塔不能完全满足用冷设备的用冷需求时，用冷设备的冷源由闭式冷却塔和冷水机组共同提供，三通阀Ⅰ、三通阀Ⅱ、三通阀Ⅲ的入口分别与其各自的第一出口连通。
6.根据权利要求1或2所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，所述应用系统进一步包括用于测量用冷设备进、出口温度的传感器；用于测量闭式冷却塔出口温度、冷水机组出口温度的传感器；用于测量闭式冷却塔的外循环系统的供水、回水温度的传感器。
7.根据权利要求1或2所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，所述冷水机组包括冷凝器、蒸发器、节流部件和压缩机。
8.根据权利要求7所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，所述冷凝器为板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器；所述蒸发器为板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器；所述压缩机为离心式、螺杆式、涡旋式、活塞式或者滚动转子式中的任意一种；冷水机组中的制冷剂为R22、R134a、R407C或R410A中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，冬季及严寒季节使用所述应用系统时，所述闭式冷却塔内循环水系统及外循环水系统添加防冻剂，防冻剂为乙二醇、CaCl2、NaCl、MgCl2、甲酸钾、乙酸钾、甲酸钠、乙酸钠中的任意一种。
10.根据权利要求8或9所述的多功能冷却塔应用系统，其特征在于，冷水机组的冷凝器或者蒸发器在设计流量下压降较如果不采用旁通的形式也不会对系统水泵功耗产生较大影响时，所述应用系统中可以不安装冷却水旁通连接管路和冷冻水旁通连接管路。
11.一种多功能冷却塔应用方法，利用闭式冷却塔和冷水机组提供自然冷源和/或水冷机械冷源，其特征在于：
用冷设备（1）、三通阀Ⅰ（2）、闭式冷却塔（3）的内循环系统、系统定压及补水装置（4）、循环泵（5）、三通阀Ⅱ（6）、冷水机组（7）通过管路依次连通，构成第一回路；所述用冷设备（1）与三通阀Ⅰ（2）的入口连通，闭式冷却塔（3）的内循环系统与三通阀Ⅰ（2）的第一出口连通，系统定压及补水装置（4）与三通阀Ⅰ（2）的第二出口连通；所述循环泵（5）与三通阀Ⅱ（6）的入口连通，冷水机组（7）与三通阀Ⅱ（6）的第一出口连通，用冷设备（1）通过冷冻水旁通连接管路与三通阀Ⅱ（6）的第二出口连通；
冷水机组（7）、三通阀Ⅲ（8）、喷淋泵（9）、闭式冷却塔（3）的外循环系统通过连接管路依次连通，构成第二回路；所述喷淋泵（9）与三通阀Ⅲ（8）的入口连通，冷水机组（7）与三通阀Ⅲ（8）的第一出口连通，闭式冷却塔（3）的外循环系统通过冷却水旁通连接管路与三通阀Ⅲ（8）的第二出口连通；其中，每个三通阀均包括入口、第一出口和第二出口，所述入口择一地与所述第一出口、第二出口连通。
12.根据权利要求11所述的多功能冷却塔应用方法，其特征在于，所述应用系统根据所述用冷设备的进、出口温度及自然冷源的温度，通过三通阀Ⅰ的择一连通来决定所述用冷设备的冷源取自所述闭式冷却塔还是取自所述水冷冷水机组，或是由所述闭式冷却塔和所述水冷冷水机组共同提供。
13.根据权利要求11或12所述的多功能冷却塔应用方法，其特征在于，当闭式冷却塔内循环水系统的供水温度能满足所述用冷设备对冷源供水温度的要求，用冷设备完全利用自然冷源，三通阀Ⅰ的入口与其第一出口连通；三通阀Ⅱ的入口与其第二出口连通，或当循环泵排出的冷源介质在流经冷水机组的蒸发器时产生的压降在可接受范围内时，三通阀Ⅱ的入口与其第一出口连通；三通阀Ⅲ的入口与其第二出口连通，或当喷淋泵喷出的喷淋水在流经冷水机组的冷凝器中产生的压降在可接受范围内时，三通阀Ⅲ的入口与其第一出口连通。
14.根据权利要求11或12所述的多功能冷却塔应用方法，其特征在于，当闭式冷却塔内循环水系统的供水温度高于用冷设备的出水温度时，用冷设备的冷源取自冷水机组，三通阀Ⅰ的入口与其第二出口连通，三通阀Ⅱ的入口与其第一出口连通，三通阀Ⅲ的入口与其第一出口连通。
15.根据权利要求11或12所述的多功能冷却塔应用方法，其特征在于，当单独运行闭式冷却塔不能完全满足用冷设备的用冷需求时，用冷设备的冷源由闭式冷却塔和冷水机组共同提供，三通阀Ⅰ、三通阀Ⅱ、三通阀Ⅲ的入口分别与其各自的第一出口连通。
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