CN109340736B - 一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅炉再热器上用的减温器，特别是一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统。针对现有大型锅炉再热器二级减温器缺乏失效保护，容易发生热疲劳失效缺陷问题，本发明提供一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，包括减温水管路和二级减温器，所述减温水管路与二级减温器的入口管道相连，其特征是所述减温水管路通过三通连接二级减温器的入口管道及减温蒸汽管路，减温蒸汽管路远端连接蒸汽源并抽取蒸汽，减温蒸汽管路内的减温蒸汽温度在减温水与二级减温器进口汽温之间，减温蒸汽压力高于二级减温器内部蒸汽压力。本发明可以对再热器二级减温器进行防失效保护，缓解二级减温器喷头热疲劳破坏、延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉再热器上用的减温器，特别是一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统。
背景技术
现有大型超超临界机组锅炉再热器普遍采用烟气调温挡板和喷水减温器作为调节温度的基本手段，但是烟气挡板调节效果相对滞后，再热器一级减温器基本没投运，主要靠再热器二级减温器工作来调节温度。对于经常用来调峰的火电机组，其负荷、燃烧工况变化急剧，再热器二级减温器投运十分频繁。从机组给水泵中间抽头来的减温水温度平均约为160℃，而二级减温器进口汽温约530℃，两者之间温差大。当无减温水投用时，减温器喷头内表面温度基本等于再热蒸汽温度；在温度较低的减温水投用时，减温器喷头内表面温降巨大，导致急剧收缩产生较大的温差应力，当局部应力超过材料强度时就会产生表面裂纹；而蒸汽温度恢复正常后即停止减温水投用，减温器内壁又恢复为再热蒸汽温度，造成内壁受到一次热应力变化循环。此外，大量减温水的投运方式均为骤投骤停的状态，并且投运频率很高，导致减温器喷头不断经受循环热应力，使得热疲劳裂纹迅速扩展，即使是性能再优异的金属也会出现开裂失效。因此，近些年大量大型锅炉再热器二级减温器都出现了开裂、断裂的失效案例，包括喷头和进水管失效等等。一旦再热器二级减温器喷头失效，减温水投用后就不能很好地与蒸汽雾化混合，二级减温器调节汽温的作用大大降低；同时雾化不全的减温水喷到减温器套筒或高温集箱内壁，还会造成这些区域内壁产生大量疲劳裂纹；如若发生减温器失效部件断裂脱落，脱落部件会被蒸汽带入受热面进口联箱，就有堵住管口或掉入炉管内引发重复过热爆管的安全隐患，由此可见减温器失效会不同程度地影响再热蒸汽的温度调节，严重的话甚至会危及机组的安全运行。综上所述，造成再热器二级减温器热疲劳失效的主要原因是减温水温度与减温器内壁温度差异较大以及减温水骤投骤停造成的循环热应力，现有的减温器结构系统中一直未考虑到设置一套系统对减温器进行防失效保护，以解决大型锅炉再热器二级减温器容易发生热疲劳失效的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有大型锅炉再热器二级减温器缺乏失效保护，容易发生热疲劳失效缺陷，本发明提供一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，对再热器二级减温器进行防失效保护，缓解二级减温器喷头热疲劳破坏、延长使用寿命。
本发明解决技术问题采用的技术方案：一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，包括减温水管路和二级减温器，所述减温水管路与二级减温器的入口管道相连，其特征是所述减温水管路通过三通连接二级减温器的入口管道及减温蒸汽管路，减温蒸汽管路远端连接蒸汽源并抽取蒸汽，减温蒸汽管路内的减温蒸汽温度在减温水与二级减温器进口汽温之间，减温蒸汽压力高于二级减温器内部蒸汽压力。本发明通过引入减温蒸汽管路对二级减温器进行防失效保护，在减温水停运期间对二级减温器通入减温蒸汽，减小二级减温器喷头内壁与减温水之间的温差，实现二级减温器的防失效保护，具体是通过引入减温蒸汽管路，并配置三通将二级减温器、减温蒸汽管路和减温水管路三者对接连通，由于减温蒸汽温度介于减温水和二级减温器进口汽温之间，在减温水停止投用期间用持续的减温蒸汽输入二级减温器，使二级减温器喷头内壁能保持持续的适宜温度，避免二级减温器喷头经受由减温水骤投骤停导致的循环热应力以及后续热疲劳裂纹扩展，进而延长二级减温器使用寿命。当减温水投入减温器时，关闭减温蒸汽管路供汽，确保只有减温水管路中的减温水经三通输送到二级减温器；在减温水停止投入时，关闭减温水管路供水，打开减温蒸汽管路供汽，减温蒸汽持续通入二级减温器内，保持减温器喷头内壁还持续适宜温度，当减温水下次投运时切断减温蒸汽管路供汽，因为减温蒸汽管路内的减温蒸汽温度介于低温的减温水温度和高温的二级减温器进口汽温之间，最好是减温水和二级减温器进口汽温的平均值附近(正负误差各40℃范围内)，减温蒸汽的压力略高于二级减温器内部蒸汽压力且不高于9Mpa；减温蒸汽压力需要高于二级减温器内部蒸汽压力的原因是因为减温蒸汽管路上设置有一个翻板式逆止阀，该阀门内翻板需要两侧介质存在一定的压差时才能打开，只有减温蒸汽压力高于后者，才能在压差的作用下打开翻板通入减温蒸汽；同时减温蒸汽压力也不宜高出太多，因为压力越高安全风险较大，还可能造成减温水投用时减温水管路的逆止阀打不开，并且压差过大可能会在阀门开闭过程中对阀门造成冲击影响阀门寿命，压差过大会造成大量减温蒸汽短路进入再热器，影响锅炉的经济性。减温蒸汽能使二级减温器喷头内壁在减温水停运时维持适宜温度，缩小减温水再次投运时二级减温器喷头内壁和减温水的温差，使二级减温器喷头不再经受原来由减温水骤投骤停产生的巨大温差所导致的循环热应力危害。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述减温蒸汽管路在锅炉炉顶上方位置接三通连接二级减温器的入口管道，减温蒸汽管路上自三通处背向入口管道的方向依序设置壁温热电偶f、手动闸阀e、翻板式逆止阀d、气动快关阀c、手动闸阀b、壁温热电偶a。使用中，气动快关阀c用于自动控制减温蒸汽管路迅速开/闭；手动闸阀b可与气动快关阀配套使用，正常时常开，在气动快关阀出故障或存在内漏时手动开/闭减温蒸汽管路；翻板式逆止阀d用于防止减温水倒流入减温蒸汽管道后段进入蒸汽源；手动闸阀e是与翻板式逆止阀d配套使用，正常时常开，在气动快关阀c出故障或存在内漏时手动开/闭减温蒸汽管路；壁温热电偶a用于测量手动闸阀b前管路壁温，以监测阀前蒸汽流通是否正常和有无冷凝水存在；壁温热电偶f用于测量手动闸阀e后管路壁温，以监测阀后蒸汽流通是否正常。
所述翻板式逆止阀d和手动闸阀e所在管路上并联一旁路蒸汽管路，所述旁路蒸汽管路上设有手动截止阀g，且旁路蒸汽管路一端接通气动快关阀c和翻板式逆止阀d之间的管路，另一端接通手动闸阀e和壁温热电偶f之间的管路。带有手动截止阀g的旁路蒸汽管路起到的作用是增设一条蒸汽供应旁路，确保在翻板式逆止阀d发生故障未能及时打开通汽时，减温蒸汽可以从所述旁路供应给二级减温器，对其防失效保护。
所述减温水管路上沿减温水输送方向依序设置壁温热电偶o、电动隔离阀m、再热器二级减温水调阀、逆止阀、壁温热电偶n；所述气动快关阀c的控制为：当二级减温器内蒸汽温度调节至锅炉预设超温线以下时，停止通入减温水，此时再热器二级减温水调阀关闭信号到位并且阀位降至2％以下时，延迟2秒开启气动快关阀c，开始通入减温蒸汽；当二级减温器内蒸汽超过锅炉预设超温线时，通入减温水，此时再热器二级减温水调阀关闭信号脱开且阀位升至1％以上时，关闭气动快关阀c，停止通入减温蒸汽。减温水管路上的电动隔离阀、调阀以及逆止阀的作用是调节管路供应减温水，其中电动隔离阀m控制减温水管路开/闭，水调阀调节供水量，逆止阀防止减温水倒流；壁温热电偶o和n的作用是分别监测减温水管路阀前和阀后的管壁温度变化，其中壁温热电偶o是通过监测管壁温度获取减温水的温度变化，减温水温度会随着机组负荷的不同存在一定波动，壁温热电偶n监测与二级减温器相连的管道温度变化，投入减温水和不投入减温水时两者差异较大，会造成管道内壁热疲劳的情况。实际工作时每台锅炉都有自己的设定温度即超温线，超过锅炉的设定温度(即超温线)就认为是超温，每台锅炉的具体超温线会根据炉型、材料种类、用户需求不同作不同数值设定，此为现有技术。
所述减温蒸汽管路在抽汽位置连接蒸汽源的疏水管路，所述疏水管路的进口端接蒸汽源，疏水管路的出口端为疏水口，疏水管路上自进口向出口依序设置电动闸阀h、一次电动疏水阀及二次电动疏水阀，减温蒸汽管路和疏水管路的对接处位于电动闸阀h和一次电动疏水阀之间的管路上，减温蒸汽管路在连接疏水管路一侧设置壁温热电偶i；所述减温蒸汽管路外包裹保温层，壁温热电偶i测温低于160℃时关闭减温水管路供水，启用减温蒸汽管路供汽；当壁温热电偶i和壁温热电偶a两处的测温均低于100℃时，关闭电动闸阀h和气动快关阀c，切断减温蒸汽管路对二级减温器供汽并排出减温蒸汽管路中的积水。疏水管路的作用是排除管道中的蒸汽凝结水及空气等不凝气体，同时不泄露蒸汽。减温蒸汽管路外包裹保温层的作用是防止减温蒸汽在沿管路长距离输送过程中发生温度剧烈下降，在减温蒸汽管路内部形成冷凝水。壁温热电偶i测温低于160℃时关闭减温水管路供水，启用减温蒸汽管路供汽，将冷凝水挤入减温器内，此时冷凝水温度高且量少；当壁温热电偶i和壁温热电偶a两处的测温均低于100℃时，判定减温蒸汽管路内存在积水，冷凝水温度低且量多，此时关闭电动闸阀h和气动快关阀c，切断减温蒸汽管路对二级减温器供汽并通过相应疏水管路排出减温蒸汽管路中的积水。
所述减温蒸汽管路在对应壁温热电偶a和壁温热电偶i之间的锅炉炉顶上方位置的管路段连接对空排气管路，所述对空排气管路上沿排气方向依序设置手动截止阀j和电动截止阀k。对空排气管路仅在锅炉启停阶段使用，目的是将减温蒸汽管路中的空气及其他不凝气体进行排尽。
所述蒸汽源为再热冷段蒸汽管道，再热冷段蒸汽管道穿过低温再热器后连接二级减温器；或者所述蒸汽源为一抽管道，所述一抽管道两端分别连接汽轮机高压缸和1号高压加热器。蒸汽源有多种来源，第一种采用大型超超临界机组锅炉的再热冷段蒸汽管道，所述再热冷段蒸汽管道穿过低温再热器后连接二级减温器，低温再热器可以对再热冷段蒸汽管道送来的蒸汽进行加热，然后输出给二级减温器；第二种采用大型超超临界机组锅炉上连接汽轮机高压缸和1号高压加热器的一抽管道，以上蒸汽来源都为现有技术；1号高压加热器是本领域的通用部件名称，与2号、3号高压加热器温度压力皆不相同，抽汽源只有连接1号高压加热器的一抽满足要求，因此本处特别指明为1号高压加热器。
本发明通过引入减温蒸汽管道，在减温水停运期间对再热器二级减温器通合适温度的蒸汽，以减小二级减温器喷头内壁与减温水之间的温差，具体是在减温水停止投用期间用持续减温蒸汽输入，保持二级减温器喷头内壁有持续较低的温度状态，避免二级减温器喷头经受由减温水骤投骤停导致的循环热应力以及后续热疲劳裂纹扩展，对二级减温器防失效保护，进而防止减温器发生开裂、断裂等事故。
附图说明
图1：本发明实施例1结构示意图。
图2：本发明实施例2结构示意图。
图中：1.再热冷段蒸汽管道、2.低温再热器、3.二级减温器、4.电动闸阀h、5.一次电动疏水阀、6.二次电动疏水阀、7.壁温热电偶i、8.电动截止阀k、9.手动截止阀j、10.壁温热电偶a、11.手动闸阀b、12.气动快关阀c、13.翻板式逆止阀d、14.手动闸阀e、15.壁温热电偶f、16.手动截止阀g、17.壁温热电偶n、18.逆止阀、19.再热器二级减温水调阀、20.电动隔离阀m、21.壁温热电偶o、22.减温水管路、22-1.阀后减温水管路、22-2.阀前减温水管路、23.高压缸、24.一抽管道、25.1号高压加热器、26.入口管道、27.减温蒸汽管路、28.旁路蒸汽管路、29.疏水管路、30.对空排气管路。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1如图1所示，一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，包括减温水管路22和二级减温器3，所述减温水管路22与二级减温器3的入口管道26相连，所述减温水管路22通过三通连接二级减温器3的入口管道26及减温蒸汽管路27，减温蒸汽管路27远端连接蒸汽源并抽取蒸汽，减温蒸汽管路27内的减温蒸汽温度在减温水与二级减温器3进口汽温之间，减温蒸汽压力高于二级减温器3内部蒸汽压力。工作时，在减温水投入减温器期间，关闭减温蒸汽管路供汽，确保只有减温水管路中的减温水经三通输送到二级减温器；在减温水停止投入期间，关闭减温水管路供水，打开减温蒸汽管路供汽，减温蒸汽持续通入二级减温器内，保持减温器喷头内壁还持续适宜温度，当减温水下次投运时切断减温蒸汽管路供汽，因为减温蒸汽管路内的减温蒸汽温度介于低温的减温水温度和高温的二级减温器进口汽温之间，具体是减温水和二级减温器进口汽温的平均值附近(正负误差各40℃范围内)，减温蒸汽能使二级减温器喷头内壁在减温水停运时维持适宜温度，缩小减温水再次投运时二级减温器喷头内壁和减温水的温差，使二级减温器喷头不再经受原来由减温水骤投骤停产生的巨大温差所导致的循环热应力危害。
所述减温蒸汽管路27在锅炉炉顶上方位置接三通连接二级减温器3的入口管道26，减温蒸汽管路27上自三通处背向入口管道26的方向依序设置壁温热电偶f15、手动闸阀e14、翻板式逆止阀d13、气动快关阀c12、手动闸阀b11、壁温热电偶a10。使用中，气动快关阀c用于自动控制减温蒸汽管路迅速开/闭；手动闸阀b可与气动快关阀配套使用，正常时常开，在气动快关阀出故障或存在内漏时手动开/闭减温蒸汽管路；翻板式逆止阀d用于防止减温水倒流入减温蒸汽管道后段进入蒸汽源；手动闸阀e是与翻板式逆止阀d配套使用，正常时常开，在气动快关阀c出故障或存在内漏时手动开/闭减温蒸汽管路；壁温热电偶a用于测量手动闸阀b前管路壁温，以监测阀前蒸汽流通是否正常和有无冷凝水存在；壁温热电偶f用于测量手动闸阀e后管路壁温，以监测阀后蒸汽流通是否正常。
所述翻板式逆止阀d13和手动闸阀e14所在管路上并联一旁路蒸汽管路28，所述旁路蒸汽管路28上设有手动截止阀g16，且旁路蒸汽管路28一端接通气动快关阀c12和翻板式逆止阀d13之间的管路，另一端接通手动闸阀e14和壁温热电偶f15之间的管路。旁路蒸汽管路起到的作用是增设一条蒸汽供应旁路，确保在翻板式逆止阀d发生故障未能及时打开通汽时，减温蒸汽可以从所述旁路供应给二级减温器，对其防失效保护，需要开启旁路蒸汽管路时打开手动截止阀g即可。
所述减温水管路22上沿减温水输送方向依序设置壁温热电偶o21、电动隔离阀m20、再热器二级减温水调阀19、逆止阀18、壁温热电偶n17；所述气动快关阀c12的控制为：当二级减温器3内蒸汽温度调节至锅炉预设超温线以下时，停止通入减温水，此时再热器二级减温水调阀19关闭信号到位并且阀位降至2％以下时，延迟2秒开启气动快关阀c12，开始通入减温蒸汽；当二级减温器3内蒸汽超过锅炉预设超温线时，通入减温水，此时再热器二级减温水调阀19关闭信号脱开且阀位升至1％以上时，关闭气动快关阀c12，停止通入减温蒸汽。减温水管路上的电动隔离阀、调阀以及逆止阀的作用是调节管路供应减温水，其中电动隔离阀m控制减温水管路开/闭，水调阀调节供水量，逆止阀防止减温水倒流；壁温热电偶o和n的作用是分别监测减温水管路阀前和阀后的管壁温度变化，其中壁温热电偶o是通过监测管壁温度获取减温水的温度变化，减温水温度会随着机组负荷的不同存在一定波动，壁温热电偶n监测与二级减温器相连的管道温度变化，投入减温水和不投入减温水时两者差异较大，会造成管道内壁热疲劳的情况。
所述减温蒸汽管路27在抽汽位置连接蒸汽源的疏水管路29，所述疏水管路29的进口端接蒸汽源，疏水管路29的出口端为疏水口，疏水管路29上自进口向出口依序设置电动闸阀h4、一次电动疏水阀5及二次电动疏水阀6，减温蒸汽管路27和疏水管路29的对接处位于电动闸阀h4和一次电动疏水阀5之间的管路上，减温蒸汽管路27在连接疏水管路29一侧设置壁温热电偶i7；所述减温蒸汽管路27外包裹保温层，壁温热电偶i7测温低于160℃时关闭减温水管路供水，启用减温蒸汽管路供汽；当壁温热电偶i7和壁温热电偶a10两处的测温均低于100℃时，关闭电动闸阀h4和气动快关阀c12，切断减温蒸汽管路对二级减温器供汽并排出减温蒸汽管路中的积水。疏水管路的作用是排除管道中的蒸汽凝结水及空气等不凝气体，同时不泄露蒸汽。减温蒸汽管路外包裹保温层可以防止减温蒸汽在沿管路长距离输送过程中发生温度剧烈下降，在减温蒸汽管路内部形成冷凝水。壁温热电偶i测温低于160℃时判定减温蒸汽管路内存在少量高温度冷凝水，关闭减温水管路供水，启用减温蒸汽管路供汽，将冷凝水挤入减温器内；当壁温热电偶i和壁温热电偶a两处的测温均低于100℃时，判定减温蒸汽管路内存在较多量的低温度冷凝水，关闭电动闸阀h和气动快关阀c，切断减温蒸汽管路对二级减温器供汽并通过疏水管路排出减温蒸汽管路中的积水。
所述减温蒸汽管路27在对应壁温热电偶a10和壁温热电偶i7之间的锅炉炉顶上方位置的管路段连接对空排气管路30，所述对空排气管路30上沿排气方向依序设置手动截止阀j9和电动截止阀k8。对空排气管路仅在锅炉启停阶段使用，目的是将减温蒸汽管路中的空气及其他不凝气体进行排尽。
所述蒸汽源为再热冷段蒸汽管道1，再热冷段蒸汽管道1穿过低温再热器2后连接二级减温器3。蒸汽源有多种来源，本实施例中的蒸汽源采用大型超超临界机组锅炉的再热冷段蒸汽管道，所述再热冷段蒸汽管道穿过低温再热器后连接二级减温器，低温再热器可以对再热冷段蒸汽管道送来的蒸汽进行加热，然后输出给二级减温器；第二种采用大型超超临界机组锅炉上连接汽轮机高压缸和1号高压加热器的一抽管道，所述蒸汽来源为现有技术。
实施例2如图2所示，和实施例1的区别之处在于蒸汽源不同，其余部分与实施例1相同，所述蒸汽源为一抽管道24，所述一抽管道24两端分别连接汽轮机高压缸23和1号高压加热器25，所述蒸汽来源为现有技术。
Claims (4)
1.一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，包括减温水管路(22)和二级减温器(3)，所述减温水管路(22)与二级减温器(3)的入口管道(26)相连，其特征是所述减温水管路(22)通过三通连接二级减温器(3)的入口管道(26)及减温蒸汽管路(27)，减温蒸汽管路(27)远端连接蒸汽源并抽取蒸汽，减温蒸汽管路(27)内的减温蒸汽温度在减温水与二级减温器(3)进口汽温之间，减温蒸汽压力高于二级减温器(3)内部蒸汽压力；所述减温蒸汽管路(27)在锅炉炉顶上方位置接三通连接二级减温器(3)的入口管道(26)，减温蒸汽管路(27)上自三通处背向入口管道(26)的方向依序设置壁温热电偶f(15)、手动闸阀e(14)、翻板式逆止阀d(13)、气动快关阀c(12)、手动闸阀b(11)、壁温热电偶a(10)；
所述翻板式逆止阀d(13)和手动闸阀e(14)所在管路上并联一旁路蒸汽管路(28)，所述旁路蒸汽管路(28)上设有手动截止阀g(16)，且旁路蒸汽管路(28)一端接通气动快关阀c(12)和翻板式逆止阀d(13)之间的管路，另一端接通手动闸阀e(14)和壁温热电偶f(15)之间的管路；所述减温水管路(22)上沿减温水输送方向依序设置壁温热电偶o(21)、电动隔离阀m(20)、再热器二级减温水调阀(19)、逆止阀(18)、壁温热电偶n(17)；
所述气动快关阀c(12)的控制为：当二级减温器(3)内蒸汽温度调节至锅炉预设超温线以下时，停止通入减温水，此时再热器二级减温水调阀(19)关闭信号到位并且阀位降至2％以下时，延迟2秒开启气动快关阀c(12)，开始通入减温蒸汽；当二级减温器(3)内蒸汽超过锅炉预设超温线时，通入减温水，此时再热器二级减温水调阀(19)关闭信号脱开且阀位升至1％以上时，关闭气动快关阀c(12)，停止通入减温蒸汽。
2.根据权利要求1所述的一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，其特征是所述减温蒸汽管路(27)在抽汽位置连接蒸汽源的疏水管路(29)，所述疏水管路(29)的进口端接蒸汽源，疏水管路(29)的出口端为疏水口，疏水管路(29)上自进口向出口依序设置电动闸阀h(4)、一次电动疏水阀(5)及二次电动疏水阀(6)，减温蒸汽管路(27)和疏水管路(29)的对接处位于电动闸阀h(4)和一次电动疏水阀(5)之间的管路上，减温蒸汽管路(27)在连接疏水管路(29)一侧设置壁温热电偶i(7)；
所述减温蒸汽管路(27)外包裹保温层，壁温热电偶i(7)测温低于160℃时关闭减温水管路供水，启用减温蒸汽管路供汽；当壁温热电偶i(7)和壁温热电偶a(10)两处的测温均低于100℃时，关闭电动闸阀h(4)和气动快关阀c(12)，切断减温蒸汽管路对二级减温器供汽并排出减温蒸汽管路中的积水。
3.根据权利要求1所述的一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，其特征是所述减温蒸汽管路(27)在对应壁温热电偶a(10)和壁温热电偶i(7)之间的锅炉炉顶上方位置的管路段连接对空排气管路(30)，所述对空排气管路(30)上沿排气方向依序设置手动截止阀j(9)和电动截止阀k(8)。
4.根据权利要求1至3之一所述的一种超超临界锅炉再热器用二级减温器保护系统，其特征是所述蒸汽源为再热冷段蒸汽管道(1)，再热冷段蒸汽管道(1)穿过低温再热器(2)后连接二级减温器(3)；或者所述蒸汽源为一抽管道(24)，所述一抽管道(24)两端分别连接汽轮机高压缸(23)和1号高压加热器(25)。
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