CN109215286A - 核电站的火灾监控装置及其火灾监控电路 - Google Patents

核电站的火灾监控装置及其火灾监控电路 Download PDF

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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

本发明属于核电站技术领域,提供了一种核电站的火灾监控装置及其火灾监控电路。在本发明中,通过采用包括开关模块、第一选择开关模块、第二选择开关模块、第一放大模块、第二放大模块、第一比较模块、第二比较模块以及单片机的火灾监控电路,使得单片机在控制一个温度传感器在接入电路时,首先根据第一比较模块的输出检测泄漏率采集系统是否正在对该温度传感器进行温度监测,若是则控制该火灾监控电路对下一个温度传感器的温度进行检测,若否则控制相应的选择开关导通,并根据第二电压比较模块的输出获取监测的温度传感器的温度,并根据该温度判断安全壳内是否发生火灾,该火灾监控电路可以与原有的泄露采集系统直接对接,且温度扫描速度快。

Description

核电站的火灾监控装置及其火灾监控电路
技术领域
本发明属于核电站技术领域,尤其涉及一种核电站的火灾监控装置及其火 灾监控电路。
背景技术
安全壳即反应堆厂房,是一个带有准球形穹顶的圆柱形预应力钢筋混凝土 结构,用来作为阻挡来自燃料的裂变产物及一回路放射性物质进入环境的最后 一道屏障。当反应堆发生失水事故(Loss of Coolant Accident,LOCA)时,释 放出来的大量放射性和高温高压汽水混合物可被安全壳包容和隔离,以防止对 核电站周围居民产生危害。
作为核电反应的重要场所,安全壳在正式投入生产之前必须进安全壳打压 实验(Containment Test,CTT)。CTT用于模拟验证安全壳在大破LOCA事故 条件下的密封能力和强度耐受力,对于保障核电厂的运行有非常重要的意义, 在机组建设阶段和机组运行阶段均需要进行试验。作为核电厂最重要的试验之 一,安全壳打压试验期间,安全壳厂房内的最高压力可以达到4.8bar.g以上, 因此安全壳内部是典型的高压富氧环境,加上充卸压操作产生的高速气流,使 得安全壳内部发生火灾的风险非常大,因此安全壳打压试验期间,火灾监控和 预防是非常重要的一项工作。
为了保证安全壳打压试验期间的火灾监控和预防,目前现有技术通过分布 在核岛厂房内各区域的温度传感器来实现。具体的,现有技术通过温度传感器 对核岛厂房内的温度进行监控,从而间接监控核岛厂房内的火灾情况,并且通 常的火灾判断标准是:分布在核岛厂房内的温度探头中,任意一个指示温度大 于50℃,将产生报警,同时试验人员开始关注温度变化;同一区域内有两个以 上的温度探头报警,才有可能是火灾信号,如果停止充压后,安全壳内温度仍 然继续升高,则证明安全壳内确实发生火灾。
然而,虽然现有方案简单方便、无额外投入,但其存在火灾判断不及时的 问题。由于CTT上游标准要求安全壳泄漏率测量系统每5分钟测量一次数据, 因此意味着利用该方案进行火灾判断时,火灾监测采样时间间隔为分钟,不利 于火情监测和后续行动,并且同一区域内有两个以上的温度探头报警时,火势 已经基本失控。
综上所述,现有的安全壳打压试验期间的火灾监控方法存在火灾判断不及 时的问题。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种核电站的火灾监控装置及其火灾监控电路, 旨在解决现有的安全壳打压试验期间的火灾监控方法存在火灾判断不及时的问 题。
为了实现上述发明目的,本发明提供了一种核电站的火灾监控电路,与核 电站安全壳内部的多个温度传感器以及核电站安全壳的泄漏率采集系统连接, 所述火灾监控电路包括:开关模块、第一选择开关模块、第二选择开关模块、 第一放大模块、第二放大模块、第一比较模块、第二比较模块以及单片机;
所述开关模块与所述多个温度传感器连接,所述第一选择开关模块与所述 开关模块以及所述第一放大模块连接,所述第二选择开关模块与所述开关模块 以及所述第二放大模块连接,所述第一放大模块与所述第一比较模块以及所述 第二比较模块连接,所述第二放大模块与所述第二比较模块连接,所述第一比 较模块与所述第二比较模块均与所述单片机连接;
监测时,所述单片机控制所述开关模块将所述多个温度传感器中的一个温 度传感器接入电路,并控制所述第一选择开关导通,在所述第一选择开关导通 后,所述第一放大模块输出第一电压至所述第一比较模块与所述第二比较模块, 所述第一比较模块根据所述第一电压输出第一电平信号至所述单片机,所述单 片机根据所述第一电平信号判断所述泄漏率采集系统是否正在对接入电路的温 度传感器进行温度测量,若是,则控制火灾监控电路停止对所述接入电路的温 度传感器进行温度测量,并将下一个温度传感器接入电路;若否,则控制所述 第二选择开关导通,在所述第二选择开关导通后,所述第二放大模块输出第二 电压至所述第二比较模块,所述第二比较模块将所述第一电压与所述第二电压 进行比较后输出第二电平信号,所述单片机根据所述第二电平信号对接入电路 的温度传感器的温度进行监测,并根据监测结果执行相应的操作。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述开关模块包括一组开 关器件,所述一组开关器件包括四个N选一开关,每个N选一开关的N个第 一端子分别与多个温度传感器一一对应连接;其中,N的取值不小于多个温度 传感器的数目。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述开关模块包括多组开 关器件,每组开关器件包括四个N选一开关,所述每组开关器件中的四个N选 一开关的一个第一端子分别与每个温度传感器一一对应连接;其中,N为不小 于1的整数。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述第一选择开关模块包 括第一双刀双掷开关;
所述第一双刀双掷开关的第一端与第二端均与所述开关模块连接,所述第 一双刀双掷开关的第三端与第四端均与所述第一放大模块连接。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述第二选择开关模块包 括:第二双刀双掷开关、恒流源以及电阻;
所述第二双刀双掷开关的第一端与第二端均与所述开关模块连接,所述第 二双刀双掷开关的第三端与所述恒流源连接,所述第二双刀双掷开关的第四端 与所述电阻的第一端以及所述第二放大模块连接,所述电阻的第二端接地。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述第一放大模块包括第 一差分放大器,所述第一差分放大器的第一输入端和第二输入端均与所述第一 选择开关模块连接,所述第一差分放大器的输出端与所述第一比较模块以及所 述第二比较模块连接。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述第二放大模块包括第 二差分放大器,所述第二差分放大器的第一输入端与所述第二选择模块连接, 所述第二差分放大器的第二输入端接地,所述第二差分放大器的输出端与所述 第二比较模块连接。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述第一比较模块包括第 一电压比较器,所述第一电压比较器的第一输入端与所述第一放大模块连接, 所述第一电压比较器的第二输入端接地,所述第一电压比较器的输出端与所述 单片机连接。
作为本发明核电站的火灾监控电路的一种改进,所述第二比较模块包括第 二电压比较器,所述第二电压比较器的第一输入端与所述第一放大模块连接, 所述第二电压比较器的第二输入端与所述第二放大模块连接,所述第二电压比 较器的输出端与所述单片机连接。
本发明的另一目的在于:提供一种核电站的火灾监控装置,所述火灾监控 装置包括上述的火灾监控电路。
在本发明中,通过采用包括开关模块、第一选择开关模块、第二选择开关 模块、第一放大模块、第二放大模块、第一比较模块、第二比较模块以及单片 机的火灾监控电路,使得单片机在控制一个温度传感器在接入电路时,首先根 据第一比较模块的输出检测泄漏率采集系统是否正在对该温度传感器进行温度 监测,若是则控制该火灾监控电路对下一个温度传感器的温度进行检测,若否 则控制相应的选择开关导通,并根据第二电压比较模块的输出获取监测的温度 传感器的温度,并根据该温度判断安全壳内是否发生火灾,该火灾监控电路可 以与原有的泄露采集系统直接对接,且温度扫描速度快,解决了现有的安全壳 打压试验期间的火灾监控方法存在火灾判断不及时的问题。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式,对本发明核电站的火灾监控装置及其火灾 监控电路进行详细说明,其中:
图1是本发明一实施例所提供的核电站的火灾监控电路的模块结构示意 图;
图2是本发明一实施例所提供的核电站的火灾监控电路的电路结构示意 图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实 施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述:
图1示出了本发明一实施例所提供的核电站的火灾监控电路10的模块结 构,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,详述如下:
如图1所示,本发明实施例所提供的核电站的火灾监控电路10与核电站安 全壳内部的多个温度传感器Pt(图中仅以一个为例)以及核电站安全壳的泄漏 率采集系统20连接,并且该火灾监控电路10包括:开关模块101、第一选择 开关模块102、第二选择开关模块103、第一放大模块104、第二放大模块105、 第一比较模块106、第二比较模块107以及单片机108。
其中,开关模块101与多个温度传感器连接,第一选择开关模块102与开 关模块101以及第一放大模块104连接,第二选择开关模块103与开关模块101 以及第二放大模块连接105,第一放大模块104与第一比较模块106以及第二 比较模块107连接,第二放大模块105与第二比较模块107连接,第一比较模 块106与第二比较模块107均与单片机108连接。
具体的,监测时,单片机108控制开关模块101将多个温度传感器中的一 个温度传感器Pt接入电路,并控制第一选择开关模块102导通,在第一选择开 关模块102导通后,第一放大模块104输出第一电压U1至第一比较模块106 与第二比较模块107,第一比较模块106根据第一电压U1输出第一电平信号至 单片机108,单片机108根据第一电平信号判断泄漏率采集系统20是否正在对 接入电路的温度传感器Pt进行温度测量,若是,则控制火灾监控电路10停止 对接入电路的温度传感器Pt进行温度测量,并将下一个温度传感器Pt接入电 路;若否,则控制第二选择开关模块103导通,在第二选择开关模块103导通 后,第二放大模块105输出第二电压U2至第二比较模块107,第二比较模块 107将第一电压U1与第二电压U2进行比较后输出第二电平信号,单片机108 根据第二电平信号对接入电路的温度传感器Pt温度进行监测,并根据监测结果 执行相应的操作,即单片机108根据第二电平信号的高低对接入电路的温度传 感器Pt进行温度监测,若第二电平信号为高电平,则表明接入电路的温度传感 器Pt的温度大于火灾发生的临界值,此时单片机108将输出报警信号;若第二 电平信号为低电平,则表明接入电路的温度传感器Pt的温度小于火灾发生的 临界值,此时单片机108不输出报警信号,且将对下一个温度传感器进行温度 监测。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,如图2所示,开关模块101包括 一组开关器件,一组开关器件包括四个N选一开关K,每个N选一开关K的N 个第一端子分别与多个温度传感器一一对应连接;其中,N的取值不小于多个 温度传感器的数目。
例如,如图2所示,当开关模块101包括的一组开关器件中包括四个四选 一开关K,假设核电站安全壳内部包括四个温度传感器(图中仅以一个为例), 则每个四选一开关K的四个第一端分别与四个温度传感器一一对应连接;当然 本领域技术人员可以理解的是,核电站安全壳内部的温度传感器数目远远不止 四个,然而无论温度传感器的数目为多少,当开关模块中只包括一组开关器件, 且该开关器件中的开关元件为N选一开关时,N的取值最小应与温度传感器数 目相同。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,开关模块101包括多组开关器件, 每组开关器件包括四个N选一开关,每组开关器件中的四个N选一开关的一个 第一端子分别与每个温度传感器一一对应连接;其中,N为不小于1的整数。
具体的,基于图2所示,本发明实施例中所说的多组开关器件则指的是多 个图2所示的开关电路,因此基于图2中关于开关模块101与温度传感器之间 连接关系的描述,可知本发明实施例中开关模块101的每组开关器件中的四个 N选一开关的一个第一端子分别与每个温度传感器一一对应连接,并且由于每 组开关器件中的四个N选一开关的一个第一端子分别与每个温度传感器一一对 应连接,因此N选一开关中的N只要不小于1便可。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,如图2所示,第一选择开关模块 102包括第一双刀双掷开关K1。
其中,第一双刀双掷开关K1的第一端与第二端均与开关模块101连接, 第一双刀双掷开关K1的第三端与第四端均与第一放大模块104连接。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,如图2所示,第二选择开关模块 103包括:第二双刀双掷开关K2、恒流源I以及电阻R。
其中,第二双刀双掷开关K2的第一端与第二端均与开关模块101连接, 第二双刀双掷开关K2的第三端与恒流源I连接,第二双刀双掷开关K2的第四 端与电阻R的第一端以及第二放大模块105连接,电阻R的第二端接地。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,如图2所示,第一放大模块104 包括第一差分放大器T1,第一差分放大器T1的第一输入端和第二输入端均与 第一选择开关模块102连接,第一差分放大器T1的输出端与第一比较模块106 以及第二比较模块107连接。
需要说明的是,在本发明实施例中,第一差分放大器T1的第一输入端和 第二输入端分别指的是第一差分放大器T1的同相输入端和反相输入端。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,如图2所示,第二放大模块105 包括第二差分放大器T2,第二差分放大器T2的第一输入端与第二选择模块103 连接,第二差分放大器T2的第二输入端接地,第二差分放大器T2的输出端与 第二比较模块107连接。
需要说明的是,在本发明实施例中,第二差分放大器T2的第一输入端和 第二输入端分别指的是第二差分放大器T2的同相输入端和反相输入端。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,如图2所示,第一比较模块106 包括第一电压比较器COMP1,第一电压比较器COMP1的第一输入端与第一放 大模块104连接,第一电压比较器COMP1的第二输入端接地,第一电压比较 器COMP1的输出端与单片机108连接。
需要说明的是,在本发明实施例中,第一电压比较器COMP1的第一输入 端和第二输入端分别指的是第一电压比较器COMP1的同相输入端和反相输入 端。
进一步的,作为本发明一优选实施方式,如图2所示,第二比较模块107 包括第二电压比较器COMP2,第二电压比较器COMP的第一输入端与第一放 大模块104连接,第二电压比较器COMP的第二输入端与第二放大模块105连 接,第二电压比较器COMP的输出端与单片机108连接。
需要说明的是,在本发明实施例中,第二电压比较器COMP2的第一输入 端和第二输入端分别指的是第二电压比较器COMP2的同相输入端和反相输入 端。
下面以图2所示的电路为例对本发明所提供的核电站的火灾监控电路10 的工作原理作具体说明,详述如下:
首先,需要说明的是,本发明实施例提供的火灾监控电路10中仅以一个温 度传感器Pt为例进行说明;此外,如图2所示,泄漏率采集系统20与温度传 感器Pt之间通过四根线芯连接,分别是第一线芯1、第二线芯2、第三线芯3 以及第四线芯4。
进一步的,在采用本发明实施例提供的火灾监控电路10对核电站进行火 灾监测时,单片机108控制与温度传感器Pt连接的四个多选一开关(图中以四 选一开关为例)闭合,以将温度传感器Pt接入电路。当温度传感器Pt接入电 路后,单片机108控制开关K1闭合,由于泄漏率采集系统20工作时,第二线 芯2和第三线芯3之间具有一定的电压UPt,因此,该电压UPt经过第一差分放 大器T1放大后输出电压U1至第电压一比较器COMP1,第一电压比较器 COMP1将根据该电压U1输出相应的电平信号至单片机108。单片机108对该 电平信号进行检测,当单片机108检测到该电平信号为高电平信号时,则表明 泄漏率测量系统20正在对温度传感器Pt进行温度测量,此时单片机108控制 火灾监控电路10跳过对该温度传感器Pt进行温度测量,并将下一个温度传感 器Pt接入电路,以对下一个温度传感器Pt进行温度测量;需要说明的是,在 本发明实施例中,泄漏率测量系统20可采用现有的泄漏率测量电路实现,并且 泄漏率测量系统20对温度传感器Pt进行温度测量的原理可参考现有技术,此 处不再赘述。
然而,当单片机108检测到该电平信号为低电平信号时,则表明泄漏率测 量系统20没有对当前接入电路的温度传感器Pt进行温度测量,此时单片机108 控制开关K2导通。由于开关K2与恒流源I连接,因此,当开关K2导通后, 电阻R两端将会产生一定的电压UR,并且该电压UR的值为恒流源I的电流值 和电阻R的阻值乘积。当电阻R两端产生一定的电压UR后,该电压UR经过第 二差分放大器T2放大后则为A2*UR(A2为第二放大器T2的放大系数),并且 经过第二差分放大器T2的电压将会输出至第二电压比较器COMP2。由于第二 电压比较器COMP2还接收到第一差分放大器T1输出的电压A1*UPt(A1为第 一放大器T1的放大系数),因此,当第二电压比较器COMP2检测到该电压 A2*UR,第二电压比较器COMP2将会将电压A2*UR与电压A1*UPt进行比较, 并根据比较结果进行相应的操作。
具体的,若电压A2*UR大于电压A1*UPt,则第二比较器COMP2输出高电 平信号,单片机108接收到该高电平信号时,则识别出当前接入电路的温度传 感器Pt的温度大于50℃,此时单片机108输出火灾报警信号;若电压A2*UR小于电压A1*UPt,则第二比较器COMP2输出低电平信号,单片机108检测到 该低电平信号时,则识别出当前接入电路的温度传感器Pt的温度小于50℃, 此时单片机108将不产生火灾报警信号,同时对下一个温度传感器进行火灾检 测。
在本实施例中,本发明提供的核电站的火灾监控电路10先采用差分电压放 大器T1、电压比较器COMP1检测泄漏率采集系统20是否正在对Pt进行测量, 检测过程中本电路的内阻大于100MΩ,对泄漏率采集系统20的精度影响低于 0.001%,可以忽略,因此其在可与原有的泄漏率采集系统20直接对接的同时, 不影响原有的泄漏率采集系统20的精度。此外,使用本电路对Pt100温度进行 监测时,不需要测量Pt的具体测量温度值,仅使用放大器对其进行检测、比较, 如此使得单个通道检测时间低于1ms,远低于原有的泄漏率采集系统20的 300ms,因此本电路具有高速扫描特性,火灾监测响应速度为现有技术方案的 300倍。
进一步地,本发明还提供了一种核电站的火灾监控装置,该核电站的火灾 监控装置包括核电站的火灾监控电路10。需要说明的是,由于本发明实施例所 提供的核电站的火灾监控装置中的火灾监控电路10和图1至图2所的火灾监控 电路10相同,因此,本发明实施例所提供的核电站的火灾监控装置中的火灾监 控电路10的具体工作原理,可参考前述关于图1至图2的详细描述,此处不再 赘述。
在本发明中,通过采用包括开关模块、第一选择开关模块、第二选择开关 模块、第一放大模块、第二放大模块、第一比较模块、第二比较模块以及单片 机的火灾监控电路,使得单片机在控制一个温度传感器在接入电路时,首先根 据第一比较模块的输出检测泄漏率采集系统是否正在对该温度传感器进行温度 监测,若是则控制该火灾监控电路对下一个温度传感器的温度进行检测,若否 则控制相应的选择开关导通,并根据第二电压比较模块的输出获取监测的温度 传感器的温度,并根据该温度判断安全壳内是否发生火灾,该火灾监控电路可 以与原有的泄露采集系统直接对接,且温度扫描速度快,解决了现有的安全壳 打压试验期间的火灾监控方法存在火灾判断不及时的问题。
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作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电站的火灾监控电路,与核电站安全壳内部的多个温度传感器以及核电站安全壳的泄漏率采集系统连接,其特征在于,所述火灾监控电路包括:开关模块、第一选择开关模块、第二选择开关模块、第一放大模块、第二放大模块、第一比较模块、第二比较模块以及单片机;
所述开关模块与所述多个温度传感器连接,所述第一选择开关模块与所述开关模块以及所述第一放大模块连接,所述第二选择开关模块与所述开关模块以及所述第二放大模块连接,所述第一放大模块与所述第一比较模块以及所述第二比较模块连接,所述第二放大模块与所述第二比较模块连接,所述第一比较模块与所述第二比较模块均与所述单片机连接;
监测时,所述单片机控制所述开关模块将所述多个温度传感器中的一个温度传感器接入电路,并控制所述第一选择开关模块导通,在所述第一选择开关模块导通后,所述第一放大模块输出第一电压至所述第一比较模块与所述第二比较模块,所述第一比较模块根据所述第一电压输出第一电平信号至所述单片机,所述单片机根据所述第一电平信号判断所述泄漏率采集系统是否正在对接入电路的温度传感器进行温度测量,若是,则控制火灾监控电路停止对所述接入电路的温度传感器进行温度测量,并将下一个温度传感器接入电路;若否,则控制所述第二选择开关模块导通,在所述第二选择开关模块导通后,所述第二放大模块输出第二电压至所述第二比较模块,所述第二比较模块将所述第一电压与所述第二电压进行比较后输出第二电平信号,所述单片机根据所述第二电平信号对接入电路的温度传感器的温度进行监测,并根据监测结果执行相应的操作。
2.根据权利要求1所述的火灾监控电路,其特征在于,所述开关模块包括一组开关器件,所述一组开关器件包括四个N选一开关,每个N选一开关的N个第一端子分别与多个温度传感器一一对应连接;其中,N的取值不小于多个温度传感器的数目。
3.根据权利要求2所述的火灾监控电路,其特征在于,所述开关模块包括多组开关器件,每组开关器件包括四个N选一开关,所述每组开关器件中的四个N选一开关的一个第一端子分别与每个温度传感器一一对应连接;其中,N为不小于1的整数。
4.根据权利要求1所述的火灾监控电路,其特征在于,所述第一选择开关模块包括第一双刀双掷开关;
所述第一双刀双掷开关的第一端与第二端均与所述开关模块连接,所述第一双刀双掷开关的第三端与第四端均与所述第一放大模块连接。
5.根据权利要求2所述的火灾监控电路,其特征在于,所述第二选择开关模块包括:第二双刀双掷开关、恒流源以及电阻;
所述第二双刀双掷开关的第一端与第二端均与所述开关模块连接,所述第二双刀双掷开关的第三端与所述恒流源连接,所述第二双刀双掷开关的第四端与所述电阻的第一端以及所述第二放大模块连接,所述电阻的第二端接地。
6.根据权利要求1所述的火灾监控电路,其特征在于,所述第一放大模块包括第一差分放大器,所述第一差分放大器的第一输入端和第二输入端均与所述第一选择开关模块连接,所述第一差分放大器的输出端与所述第一比较模块以及所述第二比较模块连接。
7.根据权利要求1所述的火灾监控电路,其特征在于,所述第二放大模块包括第二差分放大器,所述第二差分放大器的第一输入端与所述第二选择模块连接,所述第二差分放大器的第二输入端接地,所述第二差分放大器的输出端与所述第二比较模块连接。
8.根据权利要求1所述的火灾监控电路,其特征在于,所述第一比较模块包括第一电压比较器,所述第一电压比较器的第一输入端与所述第一放大模块连接,所述第一电压比较器的第二输入端接地,所述第一电压比较器的输出端与所述单片机连接。
9.根据权利要求1至8任一项所述的火灾监控电路,其特征在于,所述第二比较模块包括第二电压比较器,所述第二电压比较器的第一输入端与所述第一放大模块连接,所述第二电压比较器的第二输入端与所述第二放大模块连接,所述第二电压比较器的输出端与所述单片机连接。
10.一种核电站的火灾监控装置,其特征在于,所述火灾监控装置包括如权利要求1至9任一项所述的火灾监控电路。
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