CN1102070C - 灭火气液雾状流输送方法及其消防装置 - Google Patents
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Abstract
涉及消防灭火方法及装置,用压气与液体混合使用的消防装置,气、液分别引出,并分别进入雾化器,压气对液流雾化生成气液雾,再进入混流干管-支管-喷头。设控制装置、高压气源、液源和至少一个雾化器,气源和液源分别进入雾化器。液源为贮水罐,水泵,贮水罐和CO2高压瓶,或贮水液瓶和CO2高压瓶。对低压液源先用少量压气对液体粉碎造雾,在雾化器、管路内及喷头产生三次雾化作用,用气体超细液雾灭火。(图1为摘要附图)
Description
本发明涉及一种消防灭火方法及其装置。
已有的灭火方法一般采用水、气。CN96104634.1号专利申请公开了利用惰性气体组合的方法,这与1994年美国消防协会NFPA 2001标准中所列哈龙替代物IG541基本相同。这种“干净”的灭火气体虽然可用于有人处,但其灭火效率不及CO2。而CO2毒性大,不适于在有人处做全淹没灭火。CN 94192746.6号专利申请公开一种用高压气瓶和液瓶向两个不同地点分别喷射液雾和灭火气体,或在天棚喷液雾稍后向地板区喷气体,最后再向天棚区喷水的组合灭火方案。这实际是利用水液雾和气体分别灭火,而不是气液雾的混合灭火。CN95192516.4号专利申请披露了把高压气瓶气管与小流量同压力的泵出口管直连,靠气液在混合管路的两相流流动中自然混成气液雾的消防装置方案。该装置在喷射的前段时间可形成良好的气液体烟雾。但在气瓶喷发灭火的短短数分钟内,气压和气体流量都会从额定值衰减到零,而此间泵输入气管内的水流量或者保持不变(定容积泵)或者随气源的压降而越来越大(离心泵),即使在气管路上加节流阀及在气瓶上并接液瓶,都改变不了用泵直接向气管内压水方案所带来的管内气液质量比在喷射中越来越小的问题。按该方案,管内液与气的质量流量比将会从开始喷发时的
连续升到气瓶喷完时的,即在喷射的过程中管内持气量越来越少,而液气比会越来越大,最后变得几乎是水液。据两相流理论和实验研究,这种液气比从0.1变为∞的直接参混的两相流动,会引起管内流型的变化,它会依次从雾状流变为泡沫流、团状流、气泡流、直到纯液流。后4种都不是有用的液体烟雾。而且在过渡到泡沫流、团状流时可能引起管路的剧烈振动,除雾状流可看作是均相流动外其它几种气液混合流动在管路的分叉三通等处是不稳定和不均恒的,这会导致各支管及喷头的流量难以预计,给灭火管路设计造成困难。若使气液能够直接混合,并靠管内两相的流动自然成雾,从而有效生成液体烟雾,则需要受泵液压和气压要接近才能参混以及气液比和表观气速不能过小(如表观气速小于60m/s自然流动成雾条件开始破坏)的约束,而这些约束条件靠用泵向压气管内泵水的方法,并非经常能够满足。而且该方案没有提出CO2和水混输可能引起管内结冰阻塞的问题。
针对上述气体灭火及液体气体烟雾灭火方案的缺欠,本发明旨在提供一种能有效地用惰性气体超细水液雾或用气体液雾冰晶雾的雾状流输送方法及其实施该法的消防装置。
灭火气液雾状流输送方法是:对有压气体与液体混合使用的消防灭火装置,当喷发时气、液各自从气源和液源中引出;并分别进入雾化器,在雾化器中压气对液流进行雾化,生成气液雾,然后进入混流干管、支管、喷头,沿途以越来越细化的气液雾状流形式输送并从喷头喷出超细气液雾或超细气液冰晶雾进行灭火。气液雾状流可看作是均相流,其气液质量比等于气液汇流的参混比,根据消防对象的要求其值可取在8~0.2之间的某段范围,选择其值取决于雾化器的结构和气、液压及管件配置。
对使用高压气源和低压液源的灭火装置,喷发时气、液分别从气源和液源中引出,在汇流前先使部分压气用两流雾化器对液流进行雾化,然后再把该液雾用另一部分主流压气引射升压,比例参混成气液雾状流向混流干管、支管输送。
对使用高压气源和CO2液及水液源的混合灭火装置,应设CO2雾化器和水液雾化器,使压气分别进入两种雾化器对CO2和水液分别雾化,输出的CO2气液雾和气水液雾在混流干管上进行参混成混合气液雾或气液冰晶雾再向下游输送。
灭火气液雾状流消防装置设有控制装置、高压气源、液源和至少一个雾化器,高压气源的控制端与控制装置连接,高压气源的输送端连通气干管再接雾化器的气入口,液源的液流输送端接雾化器的液流入口,雾化器的气液雾状流输送端经混流干管、支管接消防灭火喷头。
所说的液源可以是贮水罐,这时高压气源的输送端连通气干管后一路接雾化器的高压气入口,另一路经减压装置后接贮水罐,贮水罐的液流输送端经水单向装置接雾化器的液流入口,贮水罐的减压气出口经气单向装置接雾化器的低压气入口;这时雾化器由两流雾化器和比例喷射器组成,称为比例喷射雾化器。
所说的液源可以是水泵,这时高压气源的输送端经减压或不减压连通气干管后一路接雾化器的高压气入口,另一路接雾化器的低压气入口,水泵的出水端接雾化器的液流入口,如上所述,这时雾化器为比例喷射雾化器。
所说的液源可以是贮水罐和CO2液瓶,这时,设两个雾化器,其中一个是由两流雾化器、大喉面比例喷射器和小喉面比例喷射器组成的二级比例喷射雾化器,另一个是上述的气流与水流两流雾化器。高压气源的输送端连通气干管后分别接二级比例喷射雾化器的小喉面比例喷射器的高压气入口、大喉面比例喷射器的高压气入口和气流与水流两流雾化器的压气入口,也连通气流与CO2液流两流雾化器的高压气入口以及经减压装置后接贮水罐。贮水罐的液(水)流输送端经水单向装置后接二级比例喷射雾化器的气流与水流两流雾化器的液(水)流入口。CO2液瓶的液流出口接气流与CO2液流两流雾化器的液流入口。二级比例喷射雾化器的水气雾出口与“气流与CO2液流两流雾化器”的液气雾出口经混流干管后与分区消防灭火装置连接。
所说的液源可以是贮水液瓶和CO2液瓶,这时雾化器设两个高压气流与水流两流雾化器,高压气源与CO2液瓶的出口分别接一个两流雾化器的入口,高压气源与贮水液瓶的出口分别接另一个两流雾化器的入口,两个两流雾化器的气液雾状流输送端在混流干管汇流后与分区消防灭火装置连接。其中在喷发时,贮水液瓶的压力是由高压气源提供的。
本发明所说的雾状流可以看做是单相流,这使管路计算简化。更主要的是本发明可使两相、三相流体在管路中形成雾状流的制约条件大为放宽,并且不象常规参混那样要求水液压要等于气压,可以实现低压水液向高压气路参混。本发明装置并非靠管路内气液两相的自然流动成雾,而是一开始并流,就利用压缩气体的能量对液体进行高效粉碎造雾,从而能在汇流点、管路内及喷头喷发处产生三次叠加的雾化作用,所以喷出的气液雾或气液冰晶雾粒径可达5~100μm的超细雾化程度。这种超细喷雾进入火区会迅速汽化。据计算50μm粒径的超细水滴,比500μm水滴蒸发速度要快100倍,其吸热效率也高100倍。而水的蒸发吸热量是水从常温升温到100℃的吸热量的6.7倍,超细水雾还可迅速与火灾燃气中的C和CO发生水化反应,此种反应的吸热量是水升温吸热量的13倍。单就水全变成蒸气对灭火的窒息作用而言,一钢瓶水相当于同体积5.5瓶CO2或11瓶N2、Ar的灭火作用,因此本发明的消防装置可以用少量的超细水雾或冰晶雾取代大量的惰性气体,从而节省占地面积,节省高压气瓶及瓶头阀等附件。与单纯的惰性气体灭火装置相比,本发明除了具有更为高效和经济的优点外,气体液雾或气体液雾冰晶雾还有阻挡、吸收热幅射、抑制火焰扩散及有效扑捉火灾烟尘以利于人员救火和疏散的好处。与单纯的超细水雾灭火相比,本发明使水雾化得更细更匀,用水更少,可以没有或很少有水迹污染。因为同时有大量惰性气体的参与,所以比现有的超细水雾灭火没有“死角”更为可靠,尤其当采用溶有其它高效灭火剂的水溶液时,用本发明装置喷出的气体超细液雾蒸发时还会次生成微米级以下粒径具有高度化学灭火作用的溶剂气溶胶雾。所以本发明提供的方法和装置具有清洁高效灭火,无害环境,且较经济,能用于有人处防护原来靠哈龙消防的许多重要场所,它尤其提供能满足适合A、B、C电器各类消防对象要求的多种灭火气体与水液的灵活组合,并能与传统的自动喷水灭火系统组合起来使用,以达到干净高效,高可靠性的目的。
图1为本发明的灭火气液雾状流输送法消防装置结构框图。
图2为实施例1的装置结构示意图。
图3为气液两流雾化器结构不意图。
图4为比例喷射雾化器结构示意图。
图5为自动供水阀结构示意图。
图6为实施例2的装置结构示意图。
图7为实施例3的装置结构示意图。
图8为实施例4的装置结构示意图。
图9为二级比例喷射雾化器结构示意图。
图10为实施例5的装置结构示意图。
本发明的灭火气液雾状流输送方法适用于对有压气体与水、液混合使用的消防灭火装置,喷发时有压气体N2,Ar等由高压气瓶引出,液源(例如水,灭火水溶液,CO2等)由贮液罐或瓶引出;分别进入雾化器,在雾化器中压气对液流进行雾化,生成气液雾,再经混流干管输送至支管、喷头。由于输送过程中气液雾状流越来越细化,因此从喷头喷出超细气液雾或超细气液冰晶雾进行灭火。其气液质量比(即气液汇流的参混比)可取8~0.2,其实际取值决定于雾化器的结构和气、液压及管件配置。
若使用高压气源和低压液源的灭火装置,则在气、液汇流前先使部分压气用两流雾化器对液流进行雾化,然后再把该液雾用另一部分主流压气引射、升压、比例参混成气液雾状流,并向混流干管、支管输送。
若使用高压气源和CO2液及水液源混合灭火装置,则应设CO2雾化器和水液雾化器,使压气分别进入两种雾化器对CO2和水液分别雾化,输出的CO2气液雾和气、水液雾在混流干管中参混成混合气液雾或气液冰晶雾,再向分区灭火装置输送,例如各支管和喷头。其具体方法将结合相应装置和实施例给予进一步的说明。
如图1所示,本发明的灭火气液雾状流消防装置设有高压气源1、液源2、启动控制装置3、雾化器4和分区灭火消防装置5。高压气源的启动控制端接启动装置,高压气源的输送端连通气干管再接雾化器的高压气入口,液源的液流输送端接雾化器的液流入口,雾化器的气液雾状流输送端经混流干管、支管接分区的灭火喷头。
实施例1:如图2~5所示,本发明的高压气源采用N2或N2与Ar高压气瓶组6,液源为贮水罐7,启动控制装置由控制柜8、启动控制阀9、启动气瓶10以及控制管线组成,雾化器采用由低压气流与水流两流雾化器111和比例喷射器112组成的比例喷射雾化器11。高压气瓶组6的输送端连通气干管12后一路接比例喷射器112的高压气入口1121,另一路经减压阀或比例减压阀13后接贮水罐7。贮水罐的上部减压气出口经气单向装置(气过滤器14和气单向阀15)接两流雾化器111的低压气入口1111,而贮水罐的水流输送端经水单向装置(自动供水阀16、水过滤器17、水单向阀18)后接两流雾化器111的水流入口1112。中压的气液雾状流从比例喷射雾化器11的气液雾状流出口1124经混流于管20与分区灭火消防装置的分区选择阀21、超细气液雾喷头22等连接。分区选择阀通过分区控制阀23与控制柜8连接。
图3所示的两流雾化器111由雾化器体1118、水套1119、进气口接头1120及密封件组成。在雾化器体1118上有数组气孔1113、液孔1114、混合孔1115。气孔与液孔斜交成30~80°角。各孔的长度、直径及孔组数可据对应的压力、流量进行设计。带接头的水套是向各液孔供水用。而各气孔的总进气接头1120的内孔可以有多种孔型,如直通孔1117和聚散形孔1116。当输入雾化器的液、气压力相近时选直通孔1117。当气压远高于液压时选聚散形孔1116。该雾化器耗气率很低,液雾粒径可达10μm以下,且可以做成灭火雾化用的大流量,它既可作比例喷射器的吸口雾化器,又可单独作为两流雾化器使用。
图4所示是一种小压降的比例喷射雾化器,它由比例喷射器112和类似于图3的两流雾化器111两大部分构成。比例喷射器包括工作压气喷嘴1122,喉管1123,出口1124,及吸口1125,其喉管与喷嘴截面比值称为喉面比,它是决定喷射器性能的重要参数。本图例喉面比值取为1.5~4,该值越小,喷射器输出压越高。两流雾化器111包括雾化器体1118,水套1119,进气口接头1120和密封件。进气口接头孔据供气压力和供水压力的比值可选用直孔1117或聚散孔1116,以便降压供气。本比例喷射雾化器的结构尺寸由使用压力、流量及气液比和使用条件决定,其两流雾化器111亦可以绕喷嘴1122对称布置多个。比例喷射雾化器的作用是:实现水液气雾化,并把低压液雾打入高压气流中,比例均混成为压力气液雾状流,进行雾状输送。
图5给出自动供水阀16的一种结构示意图,主阀板161位于水入口162与水出口163的通道中间,其上有调节螺母164坚固带密封圈的控制活塞165,控制活塞下方设弹簧166。该阀用于当喷发尾段气瓶压很低如使罐压低至0.1Mpa左右时自动切断水路,以免装置雾化不良。
图2的装置是这样工作的:火灾区探测器24发信号,启动瓶10开启。同时打开分区选择阀21,并通过启动管25打开高压瓶6的瓶头阀,高压气进入气干管12及与之相连的比例喷射雾化器11的高压气入口。高压气另一支路从气干管12引出经减压阀或比例减压阀13减压进入贮水罐7,并在罐中形成由阀13设定的低压。罐底部水受压开启自动供水阀16,经水过滤器17,水单向阀18进入两流雾化器111的液入口1112(见图4);同时罐上方的低压气经过滤器14,单向阀15进入两流雾化器111的气入口1111;它们在雾化器中形成的气液雾被从比例喷射雾化器11入口进入的高压气流引射并通过比例参混升压后从混合口喷出,气体液雾进入混流干管20。这种气液雾状流在向火区支管路高速流动中雾粒会进一步细化。直到从开式喷头22喷出气体超细水液雾灭火。
图2所示消防装置比较适合中高气液比,使用在少、无水迹污染,要求灭火迅速且有人工作的重要场所。如要求低气液比喷雾,除了用调整比例喷射雾化器11的结构(见图4),亦可以在气干管12处再引一气支管不经过滤器14和气单向阀15而直接引入雾化器,并且相应增加雾化器的数量。改变雾化器的参数,本装置中件6也可用图18所示的二级串联结构。它们主要作用是:使水液雾化,气与水雾按比例参混,把低压水雾泵入高压管路使其形成气液雾状流。
实施例2:本发明可与常规的水灭装置(如自动喷水灭火系统、雨淋系统、水喷雾系统等)混合使用,如图6、7所示。这种混合使用的灭火装置按引入灭火分区气压和使用喷头型式的不同可分为用开式喷头的高压供气(参见图7)和中低压供气(见图6),以及用闭式喷头的分区中低压供气(见图6)几种型式的装置。它们使用两流雾化器、比例喷射雾化器的结构与配置各不相同,原则上必须使分区管路输送的气液雾压力既要与管路和喷头的耐压级别相适应,又要考虑在整个喷气液雾时段的雾化输送性能匹配和适应向自动喷水灭火的切换。对图6,在常规的水灭火装置外要增设有N2或N2与Ar高压气源6,从气源引出的气干管12与消防主水管并行引入灭火分区,在分区雨淋阀27或水流指示器28旁并联设置两个比例喷射雾化器11。比例喷射雾化器11的工作气入口通过通断阀29和单向阀30接在进入分区的气干管上,雾化器11的出口与通过单向阀(液源为水泵31)的分区主水管汇合后由分区混流干管20通向各喷头。比例喷射雾化器11前级的两流雾化器的水进口和气进口则分别用支管与相近的主水管和气干管相连。利用探头或闭式喷头和相应的控制机构,上述装置即可在灭火分区管路实现先输送气液雾状流,喷头喷出高效气体超细水雾灭火,而把自动喷水灭火作为后备使用或中间插入混合使用。
实施例3:图7给出高压瓶站(组)与低压泵组成的气液雾状流灭火与开式喷头喷水灭火的联合装置结构示意图,它也采用气液雾分区输送与自动喷水的组合灭火,但与图6的不同在于:高压气不减压而直输送到灭火分区的两个并联但按压力次序进行工作的比例喷射雾化器32和11上,它们的两流雾化器分别跨接在气支管和通水过滤器33的水支管上,两雾化器的出口汇合后再与经减压式雨淋阀34的分区主水管并联后接分区混流干管20及支管,并通向各开式喷头35。大降压比例喷射雾化器32的结构参见图9二级比例喷射雾化器的前级,它的两流雾化器气管接头采用聚散孔1116结构,以便减压。比例喷射雾化器11的结构参见图4。本联合灭火装置的高压气瓶站及低压供水系统与图6装置的对应部分相同。其工作过程如下:联合探测器36发出火情信号,高压气通断器37及高压气瓶先后开通,雨淋阀26同时向水干管供低压水,但被减压式两淋阀34截止,自动喷水系统在闭式控制喷头38烧坏前或电磁阀39无动作指令时不工作。此时高压气和低压水只进入具有大减压比的比例喷射雾化器32,进行气水雾化成气水雾状流经分区干管20及各喷头喷出超细气水雾灭火。只有当雾化器32进气口处的气压降到减压阀40的设定值,减压阀40才开通雾化器11的气路并同时开通加压式雨淋阀41的水路,从而使具有小降压比的比例喷射雾化器11也投入气水雾化工作,此时正是气瓶组喷发的后期,由于大减压比例喷射雾化器32的输出压已经很低,比如达到0.1~0.3Mpa,这时主要靠雾化器11工作,以使气水雾化工作在气瓶喷射尾段的低压区仍能继续正常工作。
图7的消防装置也可以在气、液干管上跨接图6所示那样的分区灭火机构,但需在分区气路干管电磁阀30(见图6)前增设分区减压阀,即把图6中的总减压阀41移至各分区气干管上。这样的装置适用于采用闭式喷头,在高层建筑和各楼层上组成气体超细水雾和自动喷水灭火的联合消防装置。图7消防装置工作程序如图6装置那样也是先用气体超细水雾短时间快速灭火,如气喷完或火势大即自动或手动转入长时间的自动喷水灭火。这样的好处是提高消防装置的灭火能力和可靠性,并减少水迹污染。
实施例4:如图8、9所示,高压气源采用N2或N2,Ar高压气瓶组6,液源选用贮水罐7和CO2液瓶42。为此设两个雾化器,其一是两流雾化器43,另一个是由两流雾化器441、大喉面比例喷射器442和小喉面比例喷射器443组成的二级比例喷射雾化器44。高压气通过气干管12后分别接小喉面比例喷射器的高压气入口4431、大喉面比例喷射器的高压气入口4421和两流雾化器的气入口4411,也接至两流雾化器43的气入口以及经减压装置后接贮水罐7。贮水罐7的水流输送端经水单向装置45后接至二级比例喷射雾化器44的两流雾化器441的水流入口4412。CO2液瓶42的液流出口接两流雾化器43的液流入口。二级比例喷射雾化器44的水气雾出口4432与两流雾化器43的液气雾出口经混流干管20汇流后接至分区消防灭火装置。
实施例5:如图10所示,液源采用贮水液瓶46和CO2液瓶47,雾化器设两个高压气流与水液流两流雾化器48、49。CO2液瓶47及高压气源6的出口分别接一个两流雾化器48的入口;高压气源6与贮水液瓶46的出口分别接另一个两流雾化器49的入口,两个两流雾化器的气液雾状流输送端经混流干管20汇流后接至分区消防灭火装置。上述贮水液瓶46的压力是在喷发时由引入的高压气提供。本实施例也可去掉CO2瓶47及雾化器48,而只保留水液瓶46、雾化器49及气瓶6。
Claims (10)
1、一种灭火气液雾状流输送方法,其特征在于
1)对于使用有压气体与灭火液体混合的消防灭火装置,当喷发时气、液各自从气源与液源中引出,并分别进入雾化器;
2)在雾化器中压气对液流进行雾化,生成气液雾;
3)该气液雾进入混流干管、消防分区支管及其管网,再从喷头喷出超细气液雾进行灭火。
2、如权利要求1所述的灭火气液雾状流输送方法,其特征在于液源为低压液源,当喷发时气、液各自从气源与液源中引出,在汇流前先使部分压气用两流雾化器对液流进行雾化,然后再把该超细液雾用另一部分主流压气引射、升压、比例参混成气液雾状流,再进入混流干管、消防分区支管及其管网,并从喷头喷出超细气水液雾灭火。
3、如权利要求1所述的灭火气液雾状流输送方法,其特征在于液源为CO2液与水液源混合使用,当喷发时,压气分别进入两种雾化器对CO2和水液分别雾化,输出的CO2气液雾和气水液雾在混流干管中参混成气液雾,并输送至消防分区支管、管网和喷头。
4、如权利要求1所述方法的消防装置,其特征在于设有控制装置、高压气源、液源和至少一个雾化器,高压气源的控制端与控制装置连接,高压气源的输送端经气干管接雾化器的气入口,液源的液流输送端接雾化器的液流入口,雾化器的气液雾状流输出端经混流干管、支管接消防灭火喷头。
5、如权利要求4所述的消防装置,其特征在于所说的液源采用贮水罐,高压气源的输送端连通气干管后一路接雾化器的高压气入口,另一路经减压装置后接贮水罐,贮水罐的液流输送端经水单向装置接雾化器的液流入口,贮水罐的减压气出口经气单向装置接雾化器的低压气入口;雾化器采用低压气流与水流两流雾化器和比例喷射器组成的比例喷射雾化器。
6、如权利要求4所述的消防装置,其特征在于所说的液源采用水泵,高压气源的输送端经减压装置连通气干管后一路接雾化器的高压气入口,另一路接雾化器的低压气入口,水泵的出水端接雾化器的液流入口,雾化器采用比例喷射雾化器。
7、如权利要求4所述的消防装置,其特征在于所说的液源采用贮水罐和CO2液瓶,设两个雾化器,其中一个是由两流雾化器、大喉面比例喷射器和小喉面比例喷射器组成的二级比例喷射雾化器,另一个是气流与水流两流雾化器;高压气源的输送端连通气干管后分别接二级比例喷射雾化器的小喉面比例喷射器的高压气入口、大喉面比例喷射器的高压气入口和气流与水流两流雾化器的气入口,也连通气流与CO2液流两流雾化器的气入口以及经减压装置后接贮水罐;贮水罐的水流输送端经水单向装置后接二级比例喷射雾化器的气流与水流两流雾化器的水流入口;CO2液瓶的液流出口接气流与CO2液流两流雾化器的液流入口;二级比例喷射雾化器的水气雾出口与“气流与CO2液流两流雾化器”的液气雾出口经混流干管后与分区消防灭火装置连接。
8、如权利要求4所述的消防装置,其特征在于所说的液源采用贮水液瓶和CO2液瓶,雾化器设两个高压气流与液流两流雾化器,高压气源与CO2液瓶的出口分别接一个两流雾化器的入口,高压气源与贮水液瓶的出口分别接另一个两流雾化器的入口,两个两流雾化器的气液雾状流输送端在混流干管汇流后与分区消防灭火装置连接。
9、如权利要求4所述的消防装置,其特征在于所说的液源采用贮水瓶或贮水罐,设至少一个两流雾化器,高压气源与贮水瓶或贮水罐的出口管分别接两流雾化器的气入口和水入口,通气源的气管接贮水瓶或贮水罐的气入口提供瓶压,两流雾化器的气水雾输送端经干管与分区消防灭火装置连接。
10、如权利要求5和6所述的消防装置,其特征在于所说的雾化器为比例喷射雾化器,它由比例喷射器和两流雾化器组成,比例喷射器设工作压气喷嘴、喉管、出口和吸口;两流雾化器设有雾化器体、水套、进气口接头和密封件。
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