CN108706718A - 超临界水氧化反应器及其腐蚀程度实时监测系统及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超临界水氧化反应器腐蚀情况的检测，具体涉及一种超临界水氧化反应器及其腐蚀程度实时监测系统及用途。所述超临界水氧化反应器包括反应器以及用于检测所述反应器腐蚀程度的实时监测系统；所述实时监测系统包括至少一个超声波传感器和超声波信号处理单元；所述超声波传感器紧密贴合在所述反应器的外壳上，并通过信息传输线与所述超声波信号处理单元连接。本发明的实时监测系统同时对厚度以及声纹进行监测，可以更好的掌握超临界水氧化反应器的全面腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀情况，提前预警，对反应器进行维护，避免安全事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及超临界水氧化反应器腐蚀情况的检测，具体涉及一种超临界水氧化反应器及其腐蚀程度实时监测系统及用途。
技术背景
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T＝263.14℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水。基于超临界水独特的物理化学性质，发展出了超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)。超临界水氧化技术是利用超临界水独特的物理化学性质，使氧化剂和有机物完全溶解于超临界水中，发生均相反应，将有机物彻底氧化成水、二氧化碳等小分子化合物。相比传统的有机废水及污泥的处理方案，SCWO具有突出的优势，有巨大的经济、环境和社会效益。
超临界水极强的氧化性会对反应器材料造成严重的化学腐蚀，尤其对于高盐的废水，其中所含离子在亚临界状态时也会对系统造成电化学腐蚀，过度的腐蚀将造成系统材料失效。常规的监测腐蚀的方法有挂片法、电阻探针法、腐蚀电位法等，挂片法不能实时地对反应器腐蚀情况进行监控；电阻探针法、腐蚀电位法因探针在超临界水状态下难以维持其功能，在生产过程中不能对反应器的腐蚀情况进行很好的实时监控。申请号为201510863573.1，发明名称为“一种超临界设备及其腐蚀监测方法”的专利申请中所采用的特征元素法，可以在生产过程中进行腐蚀监测，但不能监测到精确的腐蚀位置，不能对腐蚀情况做一个准确的判断，若反应器腐蚀超过材料使用极限，而不进行有效的处理，将带来严重的安全事故。
因此，需要开发一种能够实时、准确检测反应器腐蚀情况的监测系统。
发明内容
为了实时准确检测反应器的腐蚀位置和腐蚀程度，本发明提供一种超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统，该系统能够准确定位反应器腐蚀位置并给出反应器腐蚀程度的准确数据。
本发明提供一种超临界水氧化反应器，其特征在于：包括反应器以及用于检测所述反应器腐蚀程度的实时监测系统；所述实时监测系统包括至少一个超声波传感器和超声波信号处理单元；所述超声波传感器紧密贴合在所述反应器的外壳上，并通过信息传输线与所述超声波信号处理单元连接。
所述反应器可以是本领域已知的任何超临界水氧化反应器，反应器器壁可以是单层结构或多层结构，例如，可以包括承压外壳与抗腐蚀层，也可以是一层结构同时起到承压和抗腐蚀两种作用。所述实时监测系统以超临界水氧化反应器为监测对象，所述超声波传感器由电磁进行驱动，对反应器器壁进行检测。每个所述超声波传感器通过信息传输线与超声波信号处理单元连接。所述超声波信号处理单元用于控制超声波传感器、处理厚度数据以及记录超声波回声声纹。所述超声波信号处理单元具有显示器和处理器，可通过记录超声波在所述反应器各层材料的分界面返回的时间，实时测量各监测点位所述反应器各层材料的厚度，确定所述反应器的腐蚀情况，同时所述超声波信号处理单元可记录各点反射回波声纹特征，对可能存在的点腐蚀和缝隙腐蚀等小面积腐蚀情况进行分析和预警。
用户可根据实际需要监测的位置，在超临界水氧化反应器的外壳上安装1，2，3，4，5，6，7，8，9，10或更多个超声波传感器，使超声波传感器与反应器的外壳紧密贴合，例如，使用耦合剂。所述超声波传感器安装的密度需要根据实际反应器的形式以及工艺需求而定，比如：针对柱状反应器，需重点关注反应器入口部分的腐蚀状态，传感器的安装可以采用上密下疏的方式。
优选地，所述超声波传感器的外面罩有传感器保护外壳，所述超声波传感器固定在所述传感器保护外壳上，所述传感器保护外壳固定在所述反应器的外壳上。
在本发明的超临界水氧化反应器的一些实施例中，每个所述超声波传感器均有传感器保护外壳进行保护，防止空气中的干扰。所述传感器保护外壳也具有固定超声波传感器的功能，例如通过卡扣结构将超声波传感器固定在所述传感器保护外壳内部，防止超声波传感器移动。
优选地，所述超声波传感器通过耦合剂与所述反应器的外壳紧密贴合；所述传感器保护外壳上开有用于补充耦合剂的窗口。
在本发明的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述传感器保护外壳设有小型窗口，用以在必要时补充耦合剂，保证超声波传感器与超临界水氧化反应器的耦合效果。
优选地，所述超声波传感器包括超声波脉冲发射晶片，超声波脉冲接收晶片和温度传感器；和/或所述超声波信号处理单元包括显示器和处理器。
在本发明的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述超声波传感器中的超声波脉冲发射晶片、超声波脉冲接收晶片和温度传感器全部集成在超声波传感器中，为一个整体设备，可同时接受和发射超声波信号，并监测超临界水氧化反应器外壁温度。
优选地，所述实时监测系统包括多个所述超声波传感器，以点阵式分布于所述反应器的外壳上。
优选地，所述实时监测系统还包括报警单元和/或外部校准单元；所述外部校准单元包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器；所述报警单元和/或外部校准单元分别通过数据线与所述超声波信号处理单元连接。
在本发明的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述超声波信号处理单元与报警单元连接，所述报警单元在所述超声波信号处理单元监视到所述超临界水氧化反应器厚度达到限值时或超声回波出现较大异常时将发出声音和灯光警报。
在本发明的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述超声波信号处理单元与外部校准单元连接，所述外部校准单元包括标准件和超声波传感器，所述标准件与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构，所述超声波传感器紧密贴合在所述标准件上，可对超声波在所述反应器各层材料的传播速度进行校准，保证测量的准确性。
本发明还提供一种超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统，其特征在于：包括至少一个超声波传感器、超声波信号处理单元、报警单元和外部校准单元；
所述超声波传感器用于紧密贴合在反应器的外壳上，并通过信息传输线与所述超声波信号处理单元连接；所述超声波传感器包括超声波脉冲发射晶片，超声波脉冲接收晶片和温度传感器；
所述超声波传感器的外面罩有传感器保护外壳，所述超声波传感器固定在所述传感器保护外壳上，所述传感器保护外壳用于固定在反应器的外壳上；
所述报警单元和外部校准单元分别通过数据线与所述超声波信号处理单元连接；所述外部校准单元包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器。
本发明还提供一种超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测方法，其特征在于：采用所述的超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统，包括如下步骤：
在超临界水氧化反应器外壳上需要监测腐蚀程度的点位安装超声波传感器，使所述超声波传感器与反应器的外壳紧密贴合；使用信息传输线连接所述超声波传感器与超声波信号处理单元；通过所述超声波信号处理单元控制所述超声波传感器的运行、处理测量的数据、记录超声波回声声纹；
在反应器空载时，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，建立空载状态的超声数据库；在超临界水反应状态下，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，建立反应状态的超声数据库；
在反应器的使用过程中，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，与相应状态的超声数据库进行比对，得到超临界水氧化反应器腐蚀程度的数据。
优选地，将所述超声波信号处理单元与报警单元通过数据线连接，当反应器器壁厚度达到限定值或超声波回声声纹发生显著变化时，所述报警单元发出警报；和/或
将所述超声波信号处理单元与外部校准单元通过数据线连接，所述外部校准单元包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器，使用所述外部校准单元对超声波在反应器器壁中的传播速度进行校准。
本发明还提供任一所述的超临界水氧化反应器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
在超临界水氧化反应器的外壳上安装超声波传感器，使用耦合剂将所述超声波传感器紧密贴合在所述反应器的外壳上；使用信息传输线连接所述超声波传感器与超声波信号处理单元。
综上，本发明提供的超临界水氧化反应器及其腐蚀程度实时监测系统，至少具有以下优点：
系统使用寿命长：使用点阵式超声波传感器的布局，不接触反应器内部的反应区，避免了测量传感器的功能丧失的情况。
数据全面且准确：同时对厚度以及声纹进行监测可以更好的掌握超临界水氧化反应器的全面腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀情况，提前预警，对反应器进行维护，避免安全事故发生。
系统维修方便：每个组件相互独立，可随时进行更换。每个超声波传感器都是独立安装，如果到了使用期或者需要检修，可单独取下，不影响其它位点的监测。
附图说明
图1.一些实施例中的超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统的示意图；
图2.另一些实施例中的超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统的示意图；
附图标记说明：1-超临界水氧化反应器；2-超声波传感器；3-传感器保护外壳；4-超声波信号处理单元；5-报警单元；6-外部校准单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明提供一种超临界水氧化反应器，包括反应器1以及用于检测所述反应器1腐蚀程度的实时监测系统；所述实时监测系统包括至少一个超声波传感器2和超声波信号处理单元4；所述超声波传感器2紧密贴合在所述反应器1的外壳上，并通过信息传输线与所述超声波信号处理单元4连接。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述反应器1具有单层结构，同时起到承压与抗腐蚀的作用。在另一些实施例中，所述反应器1具有双层结构，包括承压外壳与抗腐蚀层。还在另一些实施例中，所述反应器1具有多层结构。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，在超临界水氧化反应器安装完成后，在超临界水氧化反应器外壳上以一定密度安装超声波传感器，用耦合剂使超声波传感器与反应器外壳紧密贴合。在一些实施例中，所述超声波传感器由耦合剂与反应器的承压外壳紧密贴合。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述超声波传感器外加装传感器保护外壳，保证超声波传感器不受外界干扰，同时对所述超声波传感器起固定作用，减少耦合剂在空气中的损耗。在一些实施例中，所述传感器保护外壳3以焊接的方式固定在所述反应器1的外壳上。在一些实施例中，所述传感器保护外壳3上开有用于补充耦合剂的窗口。在一些实施例中，所述超声波传感器2固定在所述传感器保护外壳3上。在一些实施例中，所述超声波传感器2通过卡扣结构固定在所述传感器保护外壳3上。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述实时监测系统还包括报警单元5，所述报警单元5通过数据线与所述超声波信号处理单元4连接。在一些实施例中，所述报警单元5能够同时发出灯光和声音警报。在另一些实施例中，所述报警单元5只发出声音警报。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述实时监测系统还包括外部校准单元6，所述外部校准单元6包括与所述反应器1器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器，所述超声波传感器通过数据线与所述超声波信号处理单元4连接。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述超声波传感器2包括超声波脉冲发射晶片，超声波脉冲接收晶片和温度传感器。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述超声波信号处理单元4包括显示器和处理器。
在本发明任一所述的超临界水氧化反应器的一些实施例中，所述实时监测系统包括多个所述超声波传感器2，以点阵式分布于所述反应器1的外壳上。
本发明还提供一种超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统，包括超声波传感器和超声波信号处理单元；所述超声波传感器用于紧密贴合在超临界水氧化反应器的外壳上，并通过信息传输线与所述超声波信号处理单元连接。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测系统的一些实施例中，所述超声波传感器2的外面罩有传感器保护外壳3，所述超声波传感器2固定在所述传感器保护外壳3上，所述传感器保护外壳3用于固定在超临界水氧化反应器的外壳上。在一些实施例中，所述超声波传感器2通过卡扣结构固定在所述传感器保护外壳3上。在一些实施例中，所述传感器保护外壳3以焊接的方式固定在超临界水氧化反应器的外壳上。在一些实施例中，所述传感器保护外壳3上开有用于补充耦合剂的窗口。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测系统的一些实施例中，所述超声波传感器2包括超声波脉冲发射晶片，超声波脉冲接收晶片和温度传感器。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测系统的一些实施例中，所述超声波信号处理单元4包括显示器和处理器。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测系统的一些实施例中，包括多个所述超声波传感器2，用于分布于超临界水氧化反应器的外壳上。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测系统的一些实施例中，还包括报警单元5，所述报警单元5通过数据线与所述超声波信号处理单元4连接。在一些实施例中，所述报警单元5能够同时发出灯光和声音警报。在另一些实施例中，所述报警单元5只发出声音警报。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测系统的一些实施例中，还包括外部校准单元6，所述外部校准单元6包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器，所述超声波传感器通过数据线与所述超声波信号处理单元4连接。
本发明还提供一种超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测方法，采用本发明所述的超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统，包括如下步骤：
在超临界水氧化反应器外壳上需要监测腐蚀程度的点位安装超声波传感器2，使所述超声波传感器2与反应器的外壳紧密贴合；使用信息传输线连接所述超声波传感器2与超声波信号处理单元4；通过所述超声波信号处理单元4控制所述超声波传感器2的运行、处理测量的数据、记录超声波回声声纹；
在反应器空载时，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，建立空载状态的超声数据库；在超临界水反应状态下，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，建立反应状态的超声数据库；
在反应器的使用过程中，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，与相应状态的超声数据库进行比对，得到超临界水氧化反应器腐蚀程度的数据。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测方法的一些实施例中，在反应器空载时，测量各个监测点位的承压外壳与抗腐蚀层的厚度，并记录各点位回声声纹；在超临界水反应状态下，测量各个监测点位的承压外壳与抗腐蚀层的厚度，并记录各点位回声声纹。通过两个状态的测量建立两个基本状态的数据库。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测方法的一些实施例中，使用耦合剂将所述超声波传感器2紧密贴合在反应器的外壳上。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测方法的一些实施例中，在所述超声波传感器2外面罩上传感器保护外壳3，将所述超声波传感器2固定在所述传感器保护外壳3上，将所述传感器保护外壳3固定在反应器的外壳上。通过所述传感器保护外壳3固定所述超声波传感器，保证超声波传感器不受外界干扰，并减少耦合剂在空气中的损耗。在一些实施例中，在所述传感器保护外壳3上开设小型窗口，用于添加耦合剂。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测方法的一些实施例中，将所述超声波信号处理单元4与报警单元5通过数据线连接，当反应器器壁厚度达到限定值或超声波回声声纹发生显著变化时，所述报警单元5发出警报。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测方法的一些实施例中，将所述超声波信号处理单元4与外部校准单元6通过数据线连接，所述外部校准单元6包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器，使用所述外部校准单元6对超声波在反应器器壁中的传播速度进行校准。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测方法的一些实施例中，在超临界水氧化反应器使用过程中，每隔3min-5min进行一次测量，并与超临界水状态下的基础数据进行对比，若超临界水氧化反应器各层材料厚度达到限定值时，或超声波回声声纹发生显著变化，则报警单元发出警报，需停止反应器运行并进行维护修理。
在本发明任一所述的腐蚀程度实时监测方法的一些实施例中，设备使用中，每1到2个月需对设备进行一次校准，保证测量的准确性。
本发明还提供任一所述的超临界水氧化反应器的制作方法，包括如下步骤：
在超临界水氧化反应器的外壳上安装超声波传感器2，使用耦合剂将所述超声波传感器2紧密贴合在所述反应器1的外壳上；使用信息传输线连接所述超声波传感器2与超声波信号处理单元4。
在本发明任一所述的制作方法的一些实施例中，在超临界水氧化反应器1安装完成后，在超临界水氧化反应器1外壳上以点阵式分布安装多个超声波传感器2，使用耦合剂将超声波传感器2与超临界水氧化反应器1外壳紧密贴合。
在本发明任一所述的制作方法的一些实施例中，在所述超声波传感器2外面罩上传感器保护外壳3，将所述超声波传感器2固定在所述传感器保护外壳3上，将所述传感器保护外壳3固定在所述反应器1的外壳上。在一些实施例中，所述超声波传感器2通过卡扣结构固定在所述传感器保护外壳3上。在一些实施例中，所述传感器保护外壳3以焊接的方式固定在所述反应器1的外壳上。在一些实施例中，在所述传感器保护外壳3上开设小型窗口，用于添加耦合剂。
在本发明任一所述的制作方法的一些实施例中，将所述超声波信号处理单元通过数据线与报警单元连接。
在本发明任一所述的制作方法的一些实施例中，将所述超声波信号处理单元通过数据线与外部校准单元连接，所述外部校准单元包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器。
Claims (10)
1.一种超临界水氧化反应器，其特征在于：包括反应器(1)以及用于检测所述反应器(1)腐蚀程度的实时监测系统；所述实时监测系统包括至少一个超声波传感器(2)和超声波信号处理单元(4)；所述超声波传感器(2)紧密贴合在所述反应器(1)的外壳上，并通过信息传输线与所述超声波信号处理单元(4)连接。
2.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述超声波传感器(2)的外面罩有传感器保护外壳(3)，所述超声波传感器(2)固定在所述传感器保护外壳(3)上，所述传感器保护外壳(3)固定在所述反应器(1)的外壳上。
3.根据权利要求2所述的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述超声波传感器(2)通过耦合剂与所述反应器(1)的外壳紧密贴合；所述传感器保护外壳(3)上开有用于补充耦合剂的窗口。
4.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述超声波传感器(2)包括超声波脉冲发射晶片，超声波脉冲接收晶片和温度传感器；和/或所述超声波信号处理单元(4)包括显示器和处理器。
5.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述实时监测系统包括多个所述超声波传感器(2)，以点阵式分布于所述反应器(1)的外壳上。
6.根据权利要求1-5任一所述的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述实时监测系统还包括报警单元(5)和/或外部校准单元(6)；所述外部校准单元(6)包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器；所述报警单元(5)和/或外部校准单元(6)分别通过数据线与所述超声波信号处理单元(4)连接。
7.超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统，其特征在于：包括至少一个超声波传感器(2)、超声波信号处理单元(4)、报警单元(5)和外部校准单元(6)；
所述超声波传感器(2)用于紧密贴合在反应器的外壳上，并通过信息传输线与所述超声波信号处理单元(4)连接；所述超声波传感器(2)包括超声波脉冲发射晶片，超声波脉冲接收晶片和温度传感器；
所述超声波传感器(2)的外面罩有传感器保护外壳(3)，所述超声波传感器(2)固定在所述传感器保护外壳(3)上，所述传感器保护外壳(3)用于固定在反应器的外壳上；
所述报警单元(5)和外部校准单元(6)分别通过数据线与所述超声波信号处理单元(4)连接；所述外部校准单元(6)包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器。
8.超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测方法，其特征在于：采用权利要求7所述的超临界水氧化反应器腐蚀程度实时监测系统，包括如下步骤：
在超临界水氧化反应器外壳上需要监测腐蚀程度的点位安装超声波传感器(2)，使所述超声波传感器(2)与反应器的外壳紧密贴合；使用信息传输线连接所述超声波传感器(2)与超声波信号处理单元(4)；通过所述超声波信号处理单元(4)控制所述超声波传感器(2)的运行、处理测量的数据、记录超声波回声声纹；
在反应器空载时，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，建立空载状态的超声数据库；在超临界水反应状态下，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，建立反应状态的超声数据库；
在反应器的使用过程中，测量各个监测点位的反应器器壁厚度，并记录各个监测点位的超声波回声声纹，与相应状态的超声数据库进行比对，得到超临界水氧化反应器腐蚀程度的数据。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：将所述超声波信号处理单元(4)与报警单元(5)通过数据线连接，当反应器器壁厚度达到限定值或超声波回声声纹发生显著变化时，所述报警单元(5)发出警报；和/或
将所述超声波信号处理单元(4)与外部校准单元(6)通过数据线连接，所述外部校准单元(6)包括与反应器器壁具有相同的制作材料及层次结构的标准件以及紧密贴合在所述标准件上的超声波传感器，使用所述外部校准单元(6)对超声波在反应器器壁中的传播速度进行校准。
10.权利要求1-6任一所述的超临界水氧化反应器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
在超临界水氧化反应器的外壳上安装超声波传感器(2)，使用耦合剂将所述超声波传感器(2)紧密贴合在所述反应器(1)的外壳上；使用信息传输线连接所述超声波传感器(2)与超声波信号处理单元(4)。
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