CN109154222B - 用于将海洋船舶引擎的废气烟雾输送到洗涤器中的装置 - Google Patents

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Abstract

装置包括用于烟雾(F)的垂直进气烟道(30)，其通过洗涤器(1)的底壁(2)并且其在底部部分中包括护套(31)，护套(31)由耐受至少350℃的温度的材料制成并且布置在洗涤器的外部。为了限制装置中的盐结壳，烟道在顶部部分中包括具有多个壁部的管道(32)。该管道(32)包括内壁(32.1)和外壁(32.2)两者，内壁由耐受至少350℃的温度的材料制成，外壁通过绝缘体(32.3)与内壁分开。另外，该管道至少部分地布置在洗涤器内部，同时从洗涤器的底壁向上纵向延伸至少300mm。

Description

用于将海洋船舶引擎的废气烟雾输送到洗涤器中的装置
【技术领域】
本发明涉及一种用于将来自海洋船舶引擎的废气烟雾输送到洗涤器中的装置。
【背景技术】
无论是客船还是其它船舶，海洋船舶主要使用燃料油作为柴油引擎推进它们的燃料。该燃料油含有高达5wt％的硫，最通常为0.5wt％与3.5wt％之间。在引擎中燃烧的过程中，这种硫转化为二氧化硫(SO2)。结果，来自这些引擎的废气是酸性且有害的。因此，在这些烟雾排放到大气中之前，船舶必须包含用于减少这些烟雾的二氧化硫的排放的部件。
在船舶上最常提出的用以捕获废气中存在的二氧化硫的技术包括利用海水来洗涤所述烟雾。该技术是通过洗涤器使用海水的碱度来中和二氧化硫而实现的，一般不需要使用附加的中和试剂。然而，由柴油引擎发出的废气烟雾非常热，它们的温度能够在引擎出口处达到450℃，并且能够在处理设施的入口处远高于150℃，特别是用于所述烟雾的脱硫设施。
在实践中，海水洗涤器是根据均由本领域技术人员已知的两种主要模式而操作的，该两种模式即：
-开环模式，其中大量的海水进入洗涤器中，，在排出之前在例如通过过滤或旋风分离的后处理之后，从洗涤器中排出而不进行回收；以及
-闭环模式，其中离开洗涤器的液体主要被回收并且通常掺杂有碱性试剂补充剂，仅最少的排放物被排放。
在闭环模式中，回收的液体变得非常的浓缩，水中的盐浓度能够超过200g/l。在所有情况下，即在闭环模式和开环模式两种模式中，盐溶液在洗涤器中流通，特别是在与洗涤器关联的骤冷(quench)装置中流通，骤冷装置的功能是将烟雾的温度降低到洗涤器的操作温度，所述骤冷装置通常也被整合到海洋船舶的洗涤器中，以便最小化用于烟雾的处理设施的体积。因此将被理解的是，在洗涤器及其骤冷装置内，可能出现结晶或结壳现象。更具体地，盐结构出现在其中温度变化巨大的洗涤器的区域中，特别是在用于烟雾的骤冷装置处，因为超过大于150℃的温度，其中在90kPa与110kPa之间的压强下，在其中水是液体的30℃与70℃之间的温度下，液态水不能存在。盐结构也出现在其中存在干湿转变的区域中，特别是当液体喷雾可能到达非常热的壁部时。这些盐结构也可能由于与热的壁部接触的温度升高所致而发生，其中盐，诸如石膏或硬石膏，其溶解度在温度升高时降低。在所有情况下，由盐结构的这种结壳的存在破坏或甚至妨碍了洗涤器的操作。
迄今为止所描述的类型的烟雾处理设施例如在US5,201,919、US2010/266472和US2004/255779中公开。为了更好地理解上述问题，影响现有技术下的这种烟雾处理装置，可以参考图1，其示意性地示出了洗涤器V，其中船舶的引擎的废气烟雾F被输送到洗涤器V的底部中，同时通过以洗涤器底部为中心的垂直烟道C而带到所述洗涤器。在离开烟道C时，为了安全原因，烟雾F在洗涤器内遭遇保护锥P，该保护锥P防止任何液体被输送到烟道中并在烟道的上游方向上上升。在洗涤器的头部，分配部件D例如通过喷射来分配由海水构成或基于海水的洗涤液。在与洗涤液接触中，在洗涤器V内从底部到顶部流通的烟雾F首先由骤冷装置冷却，然后被净化，它们含有的二氧化硫溶解到从顶部到底部流通的洗涤液中，所述洗涤液从洗涤器的底部排出，如果适用的话，以图1中未示出的方式，同时在洗涤器的头部被部分地回收。
图2示意性地概述了洗涤器V的底部部分，有助于理解关于上述盐结构的潜在问题。在烟道C中流通的待处理的烟雾F具有150℃与450℃之间的高温TF，最通常在250℃与350℃之间。然后，构成烟道C的管壁的内表面C1具有大于150℃的温度。在洗涤器V的底部处，存在少量的液体L并覆盖洗涤器的底壁，因为仅有小部分洗涤液被输送到洗涤器中，所以蒸发不超过5％。该液体L处于洗涤器的平衡温度，表示为TL，其通常包括在30℃与70℃之间，并且已知洗涤器的不同输入(液体和气体二者)的温度和成分，也可以使用热力学对其进行计算：在开环中，温度TL较低，通常在20℃与35℃之间，而在闭环中，因为洗涤液的盐度较高并且所述液体的再流通完成，所以温度TL较高，通常在50℃与70℃之间。当然，外部热交换器也可以影响温度TL的值。
如图2中示意性示出的那样，出现两种现象。首先，液体L的喷射和飞溅接触烟道C壁部的外表面CE：在烟道的该外表面CE处，来自液体L的水蒸发，使得结晶形成并且经过长期时间硬壳的盐结构形成。其次，由于某些盐，诸如取决于温度具有或多或少的水合结晶的形式的硫酸钙、石膏、硬石膏和硫酸钠，具有随温度降低的总溶解度，所以在当与烟道C的外表面CE接触或紧邻而温度增加时，在温度TL下溶解在液体L中的这些盐是过饱和的：这些盐以烟道C的外表面CE的、浸没在液体L中的部分上的结构的形式而沉积，所述外表面CE的温度低于内表面CE的温度但高于液体L的温度。
更进一步地，将注意到的是，在保护锥P处，可能存在相同的现象：所述锥的壁部被烟雾F加热，而在所述壁部的上表面上流动的液体并不那么热。因此，保护锥P的上表面的结壳的风险是真实的，而与针对烟道C的外表面CE相比不那么明显，因为保护锥P的位置太高以至于不被液体L的大部分的飞溅所干扰，并且其中保护锥不是在像烟道C与液体L之间那样的干湿界面的位置。但是，可以在保护锥P的周边上形成从顶部到底部的杆状盐结构。
【发明内容】
本发明的目的是提出一种用于将废气烟雾输送到洗涤器中的装置，该装置通过简单的结构布置使得可以极大地限制所述装置的盐结壳的风险。
为此，本发明涉及一种用于将废气烟雾从海洋船舶的引擎输送到洗涤器中的装置，所述装置包括用于烟雾的垂直进气烟道，其通过洗涤器的底壁并且其在底部部分中包括护套，该护套由耐受至少350℃的温度的材料制成并且布置在洗涤器的外部，所述装置的特征在于，烟道在顶部部分中包括具有多个壁部的管道，其中管道：
-包括内壁和外壁两者，内壁由耐受至少350℃的温度的材料制成，外壁通过绝缘体与内壁分开，并且
-至少部分地布置在洗涤器内部，同时从洗涤器的底壁向上纵向延伸至少300mm。
由于本发明的结构布置，与用于处理由海洋船舶引擎排放的废气烟雾的洗涤器的底部中存在的液体接触的烟道的部分由构成所述烟道的顶部的管道的外壁形成：所述管道的外壁的盐结壳的风险被极大地限制，因为由于通过将所述外壁与所述管道的内壁分离的隔热材料所产生的热隔离，所以外壁的温度壁远低于经受待处理烟雾的高热量的内壁的温度。更进一步地，将在下文中概述的根据本发明的装置的一个特定实施例有利地允许实质地减少噪声和/或防止噪声在上游方向上的回响：本发明因此提供消声器类型的声学装置的替代或附加的解决方案，消声器类型的声学装置通常用于减少由柴油引擎生成的噪音。
根据依据本发明的装置的附加的有利特征：
-管道的绝缘体将内壁与外壁以在10mm与300mm之间的距离分开。
-所述距离在50mm与300mm之间。
-管道在其内壁与外壁之间界定封闭的腔室，绝缘体布置在封闭的腔室内。
-绝缘体是空气。
-管道的绝缘体包括至少一层绝缘材料。
-管道的绝缘体的至少一层绝缘材料是岩棉。
-管道的内壁提供有通孔，该通孔使烟道的内部与绝缘体的层连通。
-管道还布置在洗涤器的外部，同时从洗涤器的底壁向下纵向延伸至少一米。
-管道的内壁是镂空的板或格栅，其固定到管道的外壁以便将绝缘体的层保持就位。
-管道的内壁的通孔具有在1mm与20mm之间的等效直径，优选地在1mm与8mm之间，优选地在2mm与5mm之间。
-装置进一步包括保护锥，该保护锥：
-布置在洗涤器内部，同时被放置在烟道的下游口部的上方，以便保护烟道免于引入液体，同时允许离开烟道的烟雾通过，
-具有至少120°的顶角，并且
-包括底壁和上壁两者，底壁由耐受至少350℃的温度的材料制成，上壁通过绝缘体与底壁分开。
-保护锥的绝缘体包括至少一层绝缘材料，并且保护锥的底壁提供有通孔，通孔使洗涤器的内部与保护锥的绝缘层连通。
-保护锥的绝缘体的至少一个绝缘层是岩棉。
-保护锥的底壁的通孔具有在1mm与20mm之间的等效直径，优选地在1mm与8mm之间，优选地在2mm与5mm之间。
【附图说明】
通过阅读仅作为示例而提供并且参照附图而做出的以下描述将更好地理解本发明，其中：
-图1是用于处理烟雾的设施的示意图，其属于现有技术并且在上文中已经进行了描述；
-图2是图1中圈出的细节II的放大视图；以及
-图3至图5是类似于图2的视图，其分别示出了根据本发明的装置的三个不同的实施例。
【具体实施方式】
图3示出了用于输送属于处理设施的烟雾的装置，其使得可以净化推进该处理设施所在的船上的海洋船舶的柴油引擎的废气烟雾F。烟雾F尤其含有硫氧化物，特别是二氧化硫(SO2)。图3的装置使得可以将烟雾F输送到脱硫洗涤器1中，在图3中仅可看到脱硫洗涤器1的底壁2。
洗涤器1(其实施例并不对发明进行限制)在功能上或甚至在结构上类似于先前根据图1而描述的洗涤器V。洗涤器1因此整体上呈现塔的形状，其在使用期间纵向垂直地延伸。在其底座处，洗涤器1具有底壁2，洗涤器的周壁从该底壁2延伸，结束于顶点：在使用期间，废气烟雾F由图3的装置输送到洗涤器1中，更具体地输送到洗涤器1的底部区域中，然后一旦在所述洗涤器内部，它们就从洗涤器的底部区域向上流通到其顶点，在定点那里烟雾从其中排出。当它们在洗涤器1内流通时，烟雾与洗涤液接触，该洗涤液由海水构成或具有海水基质，并通过诸如前面根据图1提及的装置D之类的特别的装置而分配在洗涤器1的头部处：如以上解释的那样，烟雾F中的硫氧化物然后被洗涤液捕获，洗涤液逐渐向下流动到洗涤器1的底部区域中，洗涤液1从该底部区域中排出。如图3所示，少量的洗涤液(表示为L)仍然存在于洗涤器1的底部中，覆盖底壁2。
图3的装置包括烟道10，使得可以通过其底壁2将烟雾F从外部带入洗涤器1的内部。烟道10基本上垂直地延伸，同时以几何轴线Z-Z为中心，并且穿过底壁2，同时布置在底壁2的两侧。如图3所示，烟道10的下游口部位于洗涤器1的底部区域中，在底壁2上方并与底壁2相距一段距离处，而烟道的上游口部(其在各图中不可见)连接到上述柴油引擎的排气出口。通过垂直烟道10将烟雾F吸入到洗涤器1中对于船上的上述处理设施而言是有利的，因为这种布置与将烟雾横向输送到洗涤器中相比占用更少的空间，这样的横向输送通常用于清洗陆基发电厂的塔。
为了提供一个数量级(这绝不是对本发明的限制)，烟道10的内直径在1000mm与3000mm之间，该值取决于洗涤器1的尺寸。在实践中，该直径经选择使得烟雾F以典型地包括在10m/s与50m/s之间的速度在烟道中流通。
根据本发明，烟道10针对其底部部分和其顶部部分分别具有不同的结构。
因此，如图3所示，烟道10在底部部分包括简单的护套11，例如管状且具有圆形底座，以轴线Z-Z为中心。该护套11完全在洗涤器1的外部延伸，同时至少对于所述护套的朝向底壁2的部分而言是布置在底壁2的下方的。护套11由耐受至少350℃温度的材料制成。
烟道10在其顶部部分包括具有多个壁部的管道12。因此，所述管道12包括：
-内壁12.1，其由耐受至少350℃温度的材料制成并且在护套11的壁部的向上延伸部分中延伸，同时例如与所述护套的壁部成整体；以及
-外壁12.2，在内壁12.1的整个周边上围绕内壁12.1，同时通过绝缘体12.3与所述内壁12.1分开。
如图3中清楚地示出的那样，管道12布置在洗涤器1内部并从洗涤器的底壁2纵向向上并且在等于至少300mm的表示为Hint的高度上延伸。
因此，可以理解的是管道12的与在烟道10内流通的烟雾F接触的部分仅由其内壁12.1构成，而与覆盖洗涤器1的底壁2的液体L和来自所述液体L的飞溅两者都接触的管道部分仅由其外壁12.2构成。更进一步地，虽然管道12的内壁12.1通过烟雾F达到大于150℃的温度，但是插入在所述内壁12.1与外壁12.2之间的绝缘体12.3限制了外壁12.2的温度，同时避免在烟道10内流通的烟雾F的作用下对外壁12.2的加热。因此外壁12.2有利地保持在低于70℃的温度。由液体L中含有的盐使烟道10结壳的风险被显着地降低，管道11的外壁12.2的温度保持在接近或甚至基本上等于所述液体L的温度值的值。
在实践中，由绝缘体12.3产生的隔热效果尤其取决于所述绝缘体的性质和绝缘体的厚度，所述厚度对应于将管道12的内壁12.1和外壁12.2彼此分开的距离。根据本发明的一个优选特征，厚度E在10mm与300mm之间。
绝缘体12.3的性质对于本发明不是限制性的。在图3的示例实施例中，绝缘体12.3是在封闭的腔室中捕获的空气，该封闭的腔室由管道12在其内壁12.1与外壁12.2之间界定。替代地，除了空气以外，上述封闭的腔室可以包含绝缘材料，例如岩棉等。
更进一步地，由于管道12的外壁12.2与充满氯化物并且有时是酸性的液体L接触，因此该外壁12.2由耐腐蚀的材料制成，特别是金属合金，例如合金354SMO。在实践中，该合金可用于生产管道12的外壁12.2和内壁12.1以及护套11。
图4的装置在功能上类似于图3的装置，并且因此包括用于将烟雾F带入洗涤器1内的垂直烟道20。烟道20的底部部分由护套21构成，护套21类似于护套11。烟道20的顶部部分由具有多个壁部的管道22构成，管道22穿过洗涤器1的底壁2并且从所述底壁2纵向向上在等于至少300mm的高度Hint上延伸。
管道22包括内壁22.1和外壁22.2，它们在功能上类似于管道12的壁12.1和12.2，内壁22.1和外壁22.2彼此分开并由绝缘体22.3分开，该绝缘体22.3以至少一层诸如岩棉等的绝缘材料的形式制成。
在实践中，类似于上面提到那些针对绝缘体12.3的考虑适用于绝缘体22.3的厚度E。更进一步地，护套21和管22的内壁22.1和外壁22.2例如由金属合金制成，耐受腐蚀和至少350℃的温度，但是回想起对这些元件21、22.1和22.2而言不必由相同的材料制成，只要一方面管道22的外壁22.2的材料耐受腐蚀，并且另一方面护套21和管道22的内壁22.1的材料耐受至少350℃的温度。
图5的装置在功能上类似于图3和图4的装置，同时添加了附加功能，即隔音功能，因此附加于目前为止所描述的隔热功能。
为此，图5的装置包括用于将烟雾F带到洗涤器1内部的垂直烟道30，其在底部部分包括护套31，类似于护套11和21，并且在顶部部分，包括具有多个壁部的管道32。
如图5所示，管道32穿过洗涤器1的底壁2，一直延伸穿过所述底壁。因此，管道32部分地布置在洗涤器1内部，从底壁2在等于至少300mm的高度Hint上纵向向上延伸。附加地，管道32布置在洗涤器1的外部，从底壁2在等于至少1mm的高度Hext上纵向向下延伸。在实践中，管道32的总高度可达到几米，例如5m。
管道32包括内壁32.1和外壁32.2，它们通过绝缘体32.3彼此分开，绝缘体32.3包括至少一层绝缘材料，诸如岩棉等。可以理解的是，管道32在其布置在洗涤器1内部的端部部分处防止了烟道30的盐的结壳，这是由于先前与管道12和22相关的原因所致。
布置在洗涤器1外部的管道32的部分使得可以减轻由柴油引擎产生的噪音，废气烟雾F来源于该柴油引擎。为此，如果需要的话通过选择用于绝缘体32.3的绝缘材料，则使用绝缘体32.3的吸声性能，除了在内壁32.1yu外壁32.2之间提供隔热之外，该绝缘体32.3还通过特别是吸收大于160Hz的频率来提供隔音。绝缘材料可以有利地被提供为多孔的和/或具有在50mm与300mm之间的厚度E。更进一步地，为了使绝缘体32.3通过吸收中频和高频来减轻噪声，内壁32.1提供有通孔33，通孔33连通烟道30的内部和构成绝缘体32.3的绝缘材料的(多个)层。这些通孔33不能太小或太大，在太小情况下它们可能会堵塞，在太大的情况下绝缘体32.3的绝缘材料(其通常是易碎的或纤维状的)可能会漏出：通孔的等效直径因此有利地在1mm与20mm之间，优选地在1mm与8mm之间，更优选地在2mm与5mm之间。更进一步地，通过在洗涤器1的底壁2下方延伸超过一米，管道32显着地有助于吸收声音。
根据图5中示出的一种实用且经济的构造，管道32的内壁32.1(其必须由耐受至少350℃的温度的材料制成)由镂空板或格栅构成，该镂空板或格栅固定到管道32的外壁32.2上，以便将绝缘体32.3的(多个)绝缘材料层保持就位。更进一步地，该外壁32.2(其必须至少对于布置在洗涤器1内部的端部部分而言耐受腐蚀)提供管道32的大部分机械强度，同时如果适用的话，能够在护套31的延伸部分中制造并且与所述护套成整体。
根据图5中示出的一个可选的且有利的布置，除了烟道30之外，所述图5的装置还包括保护锥40，保护锥40的功能是保护烟道30的下游口部免于液体输送到所述烟道内，同时允许离开烟道的烟雾F通过。因此，布置在洗涤器1内部同时放置在烟道30的下游口部上方的保护锥40防止从烟道30的下游口部上方的区域落下或流动的任何液体受所述烟道中的重力而穿透，同时允许离开烟道的烟雾F绕过它以在洗涤器1内扩散。保护锥40的重要性在于，出于安全原因，在烟道30中输送液体而可能使液体朝向烟雾F从其逸出的柴油引擎上升是不能容忍的。
为了限制在保护锥40处的压力损失，保护锥40具有宽口的实施例，其中顶角为至少120°，同时与烟道30同轴地布置。
为了避免保护锥40的盐结壳，保护锥40与烟道30的管道32相似地构建。更具体地，保护锥40包括以下二者：
-底壁40.1，其由耐受至少350℃的温度的材料制成，以便在不损坏的情况下耐受烟雾F流，烟雾F流在离开烟道30时遭遇所述底壁40.1；以及
-上壁40.2，从洗涤器1的内部落下的洗涤液在上壁40.2上向下流动，并且上壁40.2为了避免在所述上壁40.2上出现盐结构，通过至少在功能上与绝缘体32.3类似的绝缘体40.3与底壁40.1分开。
附加地，为了使保护锥40防止来自烟雾F从其逸出的引擎的噪声向下回响，绝缘体40.3包括至少一层绝缘材料，诸如岩棉等，并且其底壁40.1提供有通孔41，通孔41使洗涤器1的内部与所述绝缘材料层连通。在实践中，根据与上述类似的那些的考虑，孔41的尺寸有利地类似于孔33的尺寸，并且保护锥体40的底壁40.1可以采用镂空板或格栅的形式制成，该镂空板或格栅保持抵靠上壁40.2，同时将绝缘体40.3的(多个)层相对于彼此保持就位。

Claims (15)

1.一种用于将来自海洋船舶引擎的废气输送到洗涤器中的装置，
所述装置包括用于烟雾(F)的垂直进气烟道(10；20；30)，其通过洗涤器(1)的底壁(2)并且其在底部部分中包括护套(11；21；31)，护套(11；21；31)由耐受至少350℃的温度的材料制成并且布置在洗涤器的外部，
其特征在于，所述烟道(10；20；30)在顶部部分中包括具有多个壁部的管道(12；22；32)，其中所述管道：
-包括内壁(12.1；22.1；32.1)和外壁(12.2；22.2；32.2)两者，所述内壁由耐受至少350℃的温度的材料制成，所述外壁通过绝缘体(12.3；22.3；32.3)与所述内壁分开，并且
-至少部分地布置在洗涤器(1)内部，同时从洗涤器的底壁(2)向上纵向延伸至少300mm。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管道(12；22；32)的绝缘体(12.3；22.3；32.3)将内壁(12.1；22.1；32.1)与外壁(12.2；22.2；32.2)以在10mm与300mm之间的距离(E)分开。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述距离(E)在50mm与300mm之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管道(12)在其内壁(12.1)与外壁(12.2)之间界定封闭的腔室，所述绝缘体(12.3)布置在所述封闭的腔室内。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述绝缘体(12.3)是空气。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管道(12；22；32)的绝缘体(22.3；32.3)包括至少一层绝缘材料。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述管道(12；22；32)的绝缘体(22.3；32.3)的所述至少一层绝缘材料是岩棉。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述管道(32)的内壁(32.1)提供有通孔(33)，所述通孔(33)使所述烟道(30)的内部与绝缘体(32.3)的层连通。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述管道(32)还布置在所述洗涤器(1)的外部，同时从所述洗涤器的底壁(2)向下纵向延伸至少一米。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述管道(32)的内壁(32.1)是镂空的板或格栅，其固定到所述管道的外壁(32.2)以便将绝缘体(32.3)的层保持就位。
11.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述管道(32)的内壁(32.1)的通孔(33)具有在1mm与20mm之间的等效直径。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括保护锥(40)，所述保护锥(40)：
-布置在所述洗涤器(1)内部，同时被放置在烟道(30)的下游口部的上方，以便保护烟道免于引入液体，同时允许离开烟道的烟雾(F)通过，
-具有至少120°的顶角，并且
-包括底壁(40.1)和上壁(40.2)两者，所述底壁(40.1)由耐受至少350℃的温度的材料制成，所述上壁(40.2)通过绝缘体(40.3)与所述底壁分开。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述保护锥(40)的绝缘体(40.3)包括至少一层绝缘材料，并且所述保护锥(40)的底壁(40.1)提供有通孔(41)，所述通孔(41)使洗涤器(1)的内部与保护锥的绝缘层(40.3)连通。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述保护锥(40)的绝缘体(40.3)的所述至少一个绝缘层是岩棉。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述保护锥(40)的底壁(40.1)的通孔(41)具有在1mm与20mm之间的等效直径。
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