CN107810361B - 再气化端和操作此类再气化端的方法 - Google Patents

再气化端和操作此类再气化端的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种操作再气化端的方法，包括：a)从一个或多个LNG储存罐(1)获得LNG的再气化流(10)，b)使所述再气化流(10)通过再气化器单元(20)，c)接收加压的LNG的馈入流(40)，d)产生包括所述再气化流(10)的至少一部分的冷却流(11)，e)通过使所述馈入流(40)膨胀且相对于所述冷却流(11)冷却所述馈入流(40)而将第二压力下的加压的LNG的所述馈入流(40)处理成包括LNG的经处理馈入流(43)，f)将所述经处理馈入流(43)传送到所述LNG储存罐(1)中的至少一个。

Description

再气化端和操作此类再气化端的方法
技术领域
本发明涉及一种再气化端和操作再气化端的方法。
背景技术
天然气是有用的燃料源。然而，其通常在距市场相对大距离处生产。在此类情况下，可能需要在天然气流源处或附近在LNG设备中液化天然气。天然气在LNG形式下可比在气体形式下更容易跨长距离储存和运输，这是因为在LNG形式下占用较小体积。
通过适合的LNG运输船舶将LNG运输到再气化端(也称为再汽化端或导入端)，其中LNG在馈送到气体供应网之前进行再汽化。在再气化端中，LNG中存在的冷量通常通过冷却空气或冷却水转移到环境。
为了再汽化LNG，可将热量添加到LNG。在添加热量之前，通常加压LNG以满足气体供应网的要求。通常，气体供应网处于60巴以上(例如80巴)的压力下。再汽化的天然气产品接着可适合地通过气体供应网销售给顾客。
再气化LNG的再气化端和方法在所属领域中是已知的且例如在专利申请公开案US2010/0000233、US2006/0242969中描述
WO2008012286、WO2013186271、WO2013186277和WO2013186275描述用于加热液化流的设备和方法。这些文献特定来说聚焦于用以通过将热转移流体通过线路从第一热转移区循环到第二热转移区以将热量从环境转移到液化流的热交换器。
可在不同压力和相关联温度下生产、运输和储存LNG。应理解，液化天然气所处的压力和温度的精确组合(沸点)取决于天然气的精确组成。
在接近于大气压力的压力下，因此在接近于-162℃的温度下，生产大气LNG。大气LNG需要相对高的冷却工作量，但具有以下优点：可在大气压力下运输和储存LNG，从而使安全性风险降到最低并且减少用于运输和储存的储存罐成本。
在大于大气压力的压力下并且在等于天然气沸点的温度下生产加压的LNG(也称为低温压缩的LNG(ccLNG))，所述压力和温度的精确值取决于天然气的组成。加压的LNG的压力可高于2巴或至少高于5巴。例如，可在15-17巴的压力下在大约-115℃的温度下生产加压的LNG。加压的LNG具有需要较少冷却工作量的优点，从而使生产消耗较少能量。
EP2442056描述用于生产加压的液化天然气(pressurized liquefied naturalgas，PLNG)的方法和其生产系统。
然而，加压的LNG的运输和储存需要额外安全性措施，相对更昂贵且难以制造储存罐(加压的容器)，这是因为所述槽应增强以承受高压。CA2550469提供用于保存加压的液化天然气的纤维增强型塑料压力容器的实例。
目标是提供加压的LNG与再气化端的改进的集成，减小与加压的LNG价值链相关联的安全性风险中的至少一些。
发明内容
本发明提供一种操作再气化端的方法，所述方法包括：
a)从一个或多个LNG储存罐获得LNG的再气化流，所述一个或多个储存罐处于第一压力下，
b)使再气化流通过再气化器单元以获得经再气化的天然气流，
其中所述方法另外包括
c)接收第二压力下的加压的LNG的馈入流，所述第二压力大于第一压力，
d)产生包括再气化流的至少一部分的冷却流，
e)通过以下将第二压力下的加压的LNG的馈入流处理成包括LNG的经处理馈入流
e1)使馈入流膨胀，以及
e2)相对于冷却流冷却馈入流，
f)将经处理馈入流传送到LNG储存罐中的至少一个。
冷却流可包括完整的再气化流或其一部分，即其侧流。
可以任何适合的次序(包含同时)执行e1)和e2)。也可在一个或多个阶段中执行e1)和/或e2)，其中可以任何适合次序执行不同阶段。例如，馈入流可相对于冷却流膨胀、冷却并且随后进一步膨胀。
e1)优选地包括膨胀-冷却，其中通过膨胀(例如通过使馈入流通过节流阀或膨胀器)获得温度降。膨胀-冷却可在单个或多个JT阀或膨胀器中进行。
根据e2)的冷却可在一个或多个(并联/串联)热交换器中进行。
膨胀包括使压力从第二压力降低到较低压力，通常降低到第一压力或高于第一压力以保留足够过压来将经处理流输送到LNG储存罐中的一个的压力。因此，LNG的经处理馈入流通常具有(大体上)等于第一压力的压力。
优选地，加压的LNG在组成方面满足(大气)LNG的规范。
优选地，加压的LNG的馈入流包括小于250ppm的CO2，更优选地小于150ppm的CO2以及甚至更优选地小于50ppm的CO2(ppm＝百万分率(parts per million))。
根据另一方面，提供一种用于再气化LNG的再气化端，包括
-一个或多个LNG储存罐，所述一个或多个储存罐处于第一压力下，
-再气化器单元，其包括与一个或多个LNG储存罐流体连通以接收LNG的再气化流的入口以及用于排放经再气化的天然气流的出口，
-处理单元，包括用于接收第二压力下的加压的LNG的馈入流的加压的LNG入口，所述第二压力大于第一压力，所述处理单元包括膨胀装置和热交换单元以用于将馈入流处理成经处理流，其中所述处理单元包括与一个或多个LNG储存罐流体连通的出口，其中热交换单元包括用于接收冷却流以冷却所述馈入流的入口，所述冷却包括再气化流的至少一部分。
附图说明
将在下文使用实例并且关于附图进一步说明本发明，在附图中；
图1示意性地示出第一实施例，
图2和3示意性地示出替代性实施例。
在这些图中，相同参考标号将用以指相同或类似部分。此外，单个参考标号将用以识别导管或线以及所述线传送的流。
具体实施方式
本发明提出提供其中在大气再气化端接收来自加压的LNG运输船的加压的LNG的馈入流的方法和再气化端，所述大气再气化端被设计和构建成在在大气压力下或接近于大气压力下储存待再气化的LNG。
用于再气化LNG的再气化端包括
-一个或多个LNG储存罐(1)，所述一个或多个LNG储存罐(1)处于第一压力下，
-再气化器单元(20)，其包括与一个或多个LNG储存罐流体连通以接收LNG的再气化流(10)的入口以及用于排放经再气化的天然气流(30)的出口，
-处理单元(5)，其包括用于接收第二压力下的加压的LNG的馈入流(40)的加压的LNG入口(6)，所述第二压力大于第一压力，处理单元(5)包括用于将馈入流(40)处理成经处理流(43)的膨胀装置(41)和热交换单元(50)，其中处理单元(5)包括与一个或多个LNG储存罐(1)流体连通的出口(7)，其中热交换单元(50)包括用于接收冷却流(11)以冷却馈入流(40)的入口，所述冷却包括再气化流(10)的至少一部分。
在再气化端再气化期间释放的冷能量不会浪费，而是至少部分地用以将加压的LNG冷却为大气LNG，所述大气LNG可储存于大气再气化端处存在的LNG储存罐中。通过有效地使用来自再气化过程的冷能量，可获得热力学平衡过程以及可能的较高再气化速率。
术语加压的LNG(或ccLNG)用以指保持在高压(是指大于2巴，优选地大于10巴以及更优选地大于12巴的压力)下的液体天然气。根据一实例，加压的LNG可处于15-17巴的范围内的压力下。加压的LNG的温度处于给定压力的沸腾温度下，这取决于天然气的组成。
术语大气LNG用以指保持接近于(优选地略高于)大气或环境压力的液体天然气。第一压力通常在0.9-1.3巴或1.0-1.3巴的范围内。储存罐1中的第一压力可在50-200mbarg或100-200mbarg的范围内。
术语巴在本文中用以指绝对压力，其中术语巴用以指巴表压(参照大气压力标记为零)。
应理解，大气LNG的压力可在泵送时增加。
加压的LNG的馈入流变换为大气LNG并且随后储存于LNG储罐中。LNG储罐可为适于存储大气LNG并且不需要被设计成承受较高压力的储罐。再气化端因此能够在无需加压的LNG储存罐的情况下接收并处理加压的LNG。
从LNG储罐取得LNG的再气化流并且传送到再气化器单元以在适于使经再气化的天然气馈送到气体供应网的压力下产生天然气。
通过允许在热交换器中使加压的LNG的馈入流与再气化流交换热量并且使加压的LNG的馈入流膨胀为大气压力，以高效节能方式将加压的LNG的馈入流变换成大气LNG，进而达成冷却效应。
在不存在加压的LNG的馈入流(例如，无加压的LNG运输船停泊在再气化端以及忙于卸载加压的LNG)的时间期间，来自LNG储罐的LNG的再气化流可在例如以下专利文献中的任一个中所描述的任何适合再气化器单元中再气化：WO2008012286、WO2013186271、WO2013186277和WO2013186275。
当加压的LNG运输船出现并且忙于卸载时，来自储罐的LNG的再气化流或其侧流可被再引导通过热量交换器，在所述热量交换器中相对于加压的LNG的馈入流升温，进而获得升温的再气化流，并传送到再气化器单元。升温的再气化流可在中间点馈入到再气化器单元，这是因为需要较少热量来再气化所述升温的流。
加压的LNG的馈入流馈入到热交换器以相对于再气化流(的侧流)冷却，并且膨胀到大气压力以获得包括LNG的经处理馈入流。经处理馈入流可直接传送到(大气)LNG储罐，或可传送到气-液分离器以获得传送到LNG储罐的液流和通过再液化单元传送到LNG储罐的气流。
可在热交换器上游或下游进行膨胀。
提出的方法和再气化端具有以下优点：除长达其中加压的LNG的压力减小到第一压力的点的管路以外，不需要额外安全性措施或增强型硬件来处理和储存加压的LNG。现在再气化端可在适于接收大气LNG的同时以高效安全方式接收加压的LNG。具有大气LNG储存罐的现有再气化端可与加压的LNG价值链集成在一起，具有极少额外设备和设备设计改变。可以极少硬件投资将适于处理大气LNG的现有再气化端修改为也适于接收加压的LNG。
根据一实施例，第一压力处于0.9-1.2巴的范围内，例如环境或大气压力，且第二压力高于2巴，优选地高于5巴，以及更优选地高于12巴。
第二压力可例如在15-17巴的范围内。
再气化流具有在第一压力下等于LNG的沸点的温度。
加压的LNG的馈入流具有等于第二压力下的加压的LNG的沸点的温度。
现将参考图1-3更详细地描述实施例。
图1示意性地示出再气化端。再气化端包括处于第一下的储存槽1，其包括LNG。通过使用适合的泵2获得再气化流10。再气化流10因而将具有高于第一压力的压力。
LNG储存槽1通过再气化流导管与再气化器单元20流体连接。再气化器单元20被布置成接收再气化流并且产生和排放经再气化的天然气流30，并且将经再气化的天然气流传送到用参考数字31示意性地指示的气体供应网。
根据一实施例b)包括：
b1)将再气化流10加压到第三压力以获得加压的再气化流13，
b2)在再气化器热交换器21中相对于环境流22加热加压的再气化流13的至少一部分。
图1示意性地示出压缩机12，其具有被布置成接收再气化流10的入口和用以排放加压的再气化流13的出口。压缩机12的出口13与一个(或更多个)再气化器热交换器21的入口流体连通。再气化器热交换器包括再气化器热交换器21的入口和再气化器热交换器21的出口之间的第一流动路径以及环境入口和环境出口之间的第二流动路径，使得第一和第二流动路径可交换热量。
环境流可为包括环境空气的流或包括水(例如海水)的流。
B1)优选地在b2)之前执行，这时因为相对于环境流加热可在较高压力下更有效地进行。
第三压力优选地等于经再气化的天然气流30所需的输出压力，例如气体供应网压力，通常高于60巴，例如80巴。
再气化器热交换器21的出口与气体供应网31流体连通。
图1另外示出包括被布置成包括加压的LNG的一个或多个加压的LNG储存罐61的运输船舶60。运输船舶60不是再气化端的部分。
加压的LNG的馈入流包括小于250ppm的CO2，更优选地小于150ppm的CO2以及甚至更优选地小于50ppm的CO2(ppm＝百万分率)。
再气化端包括处理单元5，其包括用于接收第二压力下的加压的LNG的馈入流40的加压的LNG入口6，所述第二压力大于第一压力(即储存槽1中的压力)。
再气化端被布置成从运输船舶60接收第二压力下的加压的LNG的馈入流40。处理单元(5)包括膨胀装置(41)和热交换单元(50)，用于将馈入流(40)处理成经处理流(43)。
膨胀装置41(例如膨胀器(示出)或节流阀(未示出))被布置成通过加压的馈入导管40接收加压的LNG的馈入流。膨胀器41具有被布置成接收第二压力下的加压的LNG的馈入流的入口以及被布置成排放膨胀的馈入流42的出口，并且与热交换单元50的入口流体连通。
热交换单元50可包括一个或多个(串联/并联)热交换器。热交换单元50包括用于排放经处理馈入流43的出口，所述经处理馈入流具有比第二压力更低的压力并且具有比加压的LNG的馈入流40的温度更低的温度。热交换单元50的出口与LNG储存罐1流体连通。
在d)中，获得包括再气化流10的至少一部分的冷却流11。如将在下文更详细地阐释，获得的冷却流11优选地包括加压的再气化流13的至少一部分。
允许冷却流11和加压的LNG的馈入流40或膨胀的馈入流42在热交换单元50中交换热量。由于冷却流11通常具有比加压的LNG的馈入流40或膨胀的馈入流42更低的温度，所以冷却流11将升温且加压的LNG的馈入流40或膨胀的馈入流42将冷却。
根据一实施例，e2)包括获得升温的冷却流14并且将升温的冷却流14传送到再气化器单元20。
在热交换单元50的出口处获得升温的冷却流14。
由于升温的冷却流14相对于(加压的)再气化流是高温的，所以可在维持类似输出速率的同时减小再气化器单元的加热负荷，或者可在类似加热负荷下增加再气化器单元的输出速率。
根据一实施例，在再气化器热交换器21中在中间位置引入升温的冷却流14。
由于升温的冷却流是相对地高温的，所以不需要通过整个再气化器热交换器。再气化器热交换器21包括用于加压的再气化流13'的入口和用于经再气化的天然气流30的出口，以及用于接收升温的冷却流14的中间入口23。
根据一实施例，再气化器热交换器21包括置于串联中的两个或更多个再气化器子热交换器，其中中间入口23定位于两个邻近子热交换器之间。
或者，再气化器热交换器21包括用于(加压的)再气化流10/13的入口23'，并且升温的冷却流14传送到再气化器热交换器21的入口。在此类实施例中，可降低再气化器热交换器21的加热负荷，或可增加产出量，或这两种情况的组合。
根据一实施例，通过以下产生冷却流11：将再气化流10拆分成再气化流的侧流13”，特定来说，在b2)中获得的加压的再气化流(13)的侧流，以及再气化流的剩余部分13'，特定来说，加压的再气化流13的剩余部分。
可通过拆分开(加压的)再气化流13的一部分获得侧流13”。侧流13”的部分或流动速率可取决于以下及其它因素：加压的LNG的馈入流40的流动速率、加压的LNG的馈入流40的温度和压力、相对于冷却流11的馈入流40的冷却效率等。侧流可为再气化流10的至少10％、再气化流的至少25％、再气化流的至少50％或至少75％。根据一实施例，侧流大于再气化流的95％或甚至100％的再气化流。所述方法可包括响应于这些因素中的一个或多个控制侧流13”的流动速率。
优选地从b1)和b2)之间获得侧流。在仅拆分开加压的再气化流10的一部分情况下，加压的再气化流的剩余部分13'传送到再气化器热交换器21。
根据一实施例，所述方法包括
g)使升温的冷却流14与再气化流的剩余部分13'(特定来说，加压的再气化流13的剩余部分)再组合。
根据一实施例，g)在再气化器单元20中在再气化器热交换器21的中间位置进行。
由于升温的再气化流比直接从LNG储罐获得的再气化流温度高，所以需要较少工作量来再气化此流。升温的再气化流因而可在中间位置(例如，其中其相对于环境流升温的热交换器的中间)引入于再气化器单元中。
根据图2中示意性地示出的实施例，g)在再气化器单元20中在再气化器热交换器21的上游位置进行。
上游位置包含再气化器热交换器21的入口。
或者，再气化器单元可在维持相同输出速率的情况下在较低容量下工作。
经处理馈入流43可直接传送到如图1中所示的LNG储存罐1中的至少一个。术语直接在此处用以指示其间不执行另外的大量处理步骤。这在经处理馈入流不包括气体分数或低于预定阈值分数的气体分数时可为优选的。
图3示出替代性实施例，其中f)包括
f1)在气-液分离器44中将经处理馈入流43分离为液流45和气流46，
f2)将液流45传送到LNG储存罐1中的至少一个，以及
f3)在再液化单元70中再液化气流46以获得再液化的流47，并且将再液化的流47传送到LNG储存罐1中的至少一个。
此实施例可在经处理馈入流43具有相对低液体分数时是有利的。
气-液分离器或气-汽分离器47可以是任何适合的分离器，例如排挤(knock-out)容器或类似者。
根据一实施例，所述方法包括
-当加压的LNG的馈入流40可用时执行c)-f)，以及
-当加压的LNG的馈入流40不可用时中断c-f)。
c)-f)可当第二压力下的加压的LNG的供应可用时执行并且当第二压力下的加压的LNG的供应不可用时中断。
可在第二压力下从运输船舶60接收加压的LNG的馈入流40。c)-f)仅在装载的运输船舶出现并且连接到再气化端时执行。在不连接运输船舶的情况下，不包括第二压力下的任何加压的LNG，或不存在运输船舶，中断c)-f)并且仅执行a)-b)来操作再气化端。
因此，根据一实施例，c)-f)是任选的。
根据一实施例，a)包括通过以下控制再气化流10的流动速率
-当执行c)-f)时以第一流动速率水平设置再气化流10的流动速率，以及
-当中断c)-f)时以第二流动速率水平设置再气化流10的流动速率，第一流动速率水平高于第二流动速率水平。
因此，当接收第二压力下的加压的LNG的馈入流时，可增加正在被再气化的LNG的量，这是因为从加压的LNG获得加热负荷的部分。
根据一实施例，b)包括通过以下控制再气化器单元的加热负荷
-当执行c)-f)时以第一水平设置再气化器单元的加热负荷，以及
-当中断c)-f)时以第二水平设置再气化器单元的加热负荷，所述第二水平低于第一水平。
可例如通过控制再气化器热交换器21中的环境流22的流动速率来控制加热负荷。
当接收第二压力下的加压的LNG的馈入流时，再气化器单元可更高效地操作，且加热负荷可降低，这是因为从加压的LNG获得加热负荷的部分。
所属领域的技术人员应理解，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可以多种不同方式执行本发明。

Claims (16)

1.一种操作再气化端的方法，所述方法包括：
a)从一个或多个LNG储存罐(1)获得LNG的再气化流(10)，所述一个或多个LNG储存罐(1)处于第一压力下，其中所述第一压力在0.9-1.2巴的范围内，
b)使所述再气化流(10)通过再气化器单元(20)以获得经再气化的天然气流(30)，
其中所述方法另外包括
c)接收第二压力下的LNG的加压馈入流(40)，所述第二压力大于所述第一压力，所述第二压力高于2巴，
d)产生包括所述再气化流(10)的仅一部分的冷却流(11)，
e)通过以下方式将所述第二压力下的LNG的所述加压馈入流(40)处理成包括LNG的经处理馈入流(43)：
e1)使所述加压馈入流(40)膨胀，以及
e2)相对于所述冷却流(11)冷却所述加压馈入流(40)，其中e2)包括获得升温的冷却流(14)并且将所述升温的冷却流(14)传送到所述再气化器单元(20)，
f)将所述经处理馈入流(43)传送到所述LNG储存罐(1)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一压力在50-200mbarg的范围内且所述第二压力高于5巴。
3.根据权利要求1所述的方法，其中b)包括：
b1)将所述再气化流(10)加压到第三压力以获得加压的再气化流(13)，
b2)在再气化器热交换器(21)中相对于环境流(22)加热所述加压的再气化流(13)的至少一部分。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二压力高于12巴。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述再气化器热交换器(21)中在中间位置引入所述升温的冷却流(14)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中通过以下方式产生所述冷却流(11)：将所述再气化流(10)拆分成所述再气化流的侧流(13”)以及所述再气化流的剩余部分(13')。
7.根据权利要求书6所述的方法，其中所述方法包括
g)使所述升温的冷却流(14)与所述再气化流的所述剩余部分(13')再组合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中g)在所述再气化器单元(20)中在再气化器热交换器(21)的中间位置进行。
9.根据权利要求7所述的方法，其中g)在所述再气化器单元(20)中在再气化器热交换器(21)的上游位置进行。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中f)包括
f1)在气-液分离器(44)中将所述经处理馈入流分离为液流(45)和气流(46)，
f2)将所述液流(45)传送到所述LNG储存罐(1)中的至少一个，以及
f3)在再液化单元(70)中再液化所述气流(46)以获得再液化的流(47)，并且将所述再液化的流(47)传送到所述LNG储存罐(1)中的至少一个。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述方法包括
当LNG的加压馈入流(40)可用时执行c)-f)，以及
当LNG的加压馈入流(40)不可用时中断c)-f)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中a)包括通过以下方式控制所述再气化流(10)的流动速率：
当执行c)-f)时以第一流动速率水平设置所述再气化流(10)的所述流动速率，以及
当中断c)-f)时以第二流动速率水平设置所述再气化流(10)的所述流动速率，所述第一流动速率水平高于所述第二流动速率水平。
13.根据权利要求11所述的方法，其中b)包括通过以下方式控制所述再气化器单元的加热负荷
当执行c)-f)时以第一水平设置再气化器单元的加热负荷，以及
当中断c)-f)时以第二水平设置再气化器单元的加热负荷，所述第二水平低于第一水平。
14.根据权利要求3所述的方法，其中通过以下方式产生所述冷却流(11)：将所述再气化流(10)拆分成所述再气化流的侧流(13”)以及所述再气化流的剩余部分(13')，其中所述再气化流的侧流(13”)为在b2)中获得的所述加压的再气化流(13)的侧流，所述再气化流的剩余部分(13')为所述加压的再气化流(13)的剩余部分。
15.根据权利要求3所述的方法，其中通过以下方式产生所述冷却流(11)：将所述再气化流(10)拆分成所述再气化流的侧流(13”)以及所述再气化流的剩余部分(13')，使所述升温的冷却流(14)与所述再气化流的所述剩余部分(13')再组合，其中所述再气化流的所述剩余部分(13')是所述加压的再气化流(13)的剩余部分。
16.一种用于再气化LNG的再气化端，包括
一个或多个LNG储存罐(1)，所述一个或多个LNG储存罐(1)处于第一压力下，所述第一压力在0.9-1.2巴的范围内，
再气化器单元(20)，所述再气化器单元包括与所述一个或多个LNG储存罐流体连通以接收LNG的再气化流(10)的入口以及用于排放经再气化的天然气流(30)的出口，
处理单元(5)，包括用于接收第二压力下的LNG的加压馈入流(40)的加压的LNG入口(6)，所述第二压力大于所述第一压力，所述第二压力高于2巴，所述处理单元(5)包括膨胀装置(41)和热交换单元(50)以用于将所述加压馈入流(40)处理成经处理馈入流(43)，其中所述处理单元(5)包括与一个或多个LNG储存罐(1)流体连通的出口(7)，其中所述热交换单元(50)包括用于接收冷却流(11)以冷却所述加压馈入流(40)的入口，所述冷却流包括所述再气化流(10)的仅一部分，其中所述热交换单元(50)中的升温的冷却流(14)被传送到所述再气化器单元(20)。
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