CN110953898A - 干湿左右布置一体闭式冷却装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种干湿左右布置一体闭式冷却装置及方法，包括设于顶部的轴流风机，在轴流风机下面左右相对布置有湿冷单元和空冷单元，所述湿冷单元与空冷单元具有相互独立并且能够单独控制启闭的进风口。如此一来，本发明可以控制仅湿冷单元或仅空冷单元工作，而且工作时仅参与工作的单元具有风阻，无论在湿冷模式还是在空冷模式下运行，其内部阻力相比现有的干湿上下联合冷却塔都大大减少，电机的运行功率大幅降低，设备的投资成本得以节省。空冷单元和湿冷单元能够分别独立运行以减少系统管道阻力，在设备的可维护性上相比传统的干湿上下联合冷却塔也提高了很多。
Description
技术领域
本发明涉及一种干湿左右布置一体闭式冷却装置及方法，特别是涉及一种干湿联合型闭式冷却塔。适用于冶金、电力、化工、石化、制药、空调等行业的循环水或其他待冷却介质的冷却装置。
背景技术
干湿联合型冷却塔是一种将工业生产或制冷工艺过程中产生的废热散入大气的设备，其能将携带余热的待冷却介质在塔内与空气进行热交换，把介质的热量传输给空气并散入大气，从而对介质进行降温。干湿联合型闭式冷却塔在冶金、电力、化工等行业有广泛的应用。现有的干湿联合型冷却塔在运行时有以下不足：
1.申请号为201720498890.2、授权公告号为CN206755926U、授权公告日为2017.12.15的中国实用新型专利公开了一种高效空冷设备，其设备的上管箱内设置有翅片空气预冷管束，上管箱顶部有抽风筒，抽风筒内设置有轴流风机，上箱体下方一体连接有相连通的下管箱，下管箱内设置有与翅片空气预冷管束相连通的换热管束，喷淋管位于换热管束上方，下管箱下方一体连接有循环水箱，循环水箱上部侧壁上开有进风口，进风口处设置有挡尘结构，循环水箱底部与喷淋管之间连接有循环水管，循环水管上设置有循环泵。
该空冷设备在冷季节运行空冷模式，即在轴流风机引风的作用下，冷空气进入进风口，通过换热管束、喷淋管等，再经过翅片空气预冷管束，最后通过轴流风机引出塔外，在此过程中，待冷却介质通过上箱体的翅片空气预冷管束内将自身的热量传递到翅片管壁及翅片上，再由翅片传递到略过翅片的冷空气中完成热传递，在空冷设备下面串联的下箱体换热管束的换热方式与上箱体的类似，在此不予赘述。行业中翅片管的翅化比17.1～23.4，光管的空冷换热效率很低，而此时的光管管束、喷淋管反而增加了风阻，提高了轴流风机电机的运行功率；在热季节运行湿冷模式，由喷淋泵抽喷淋水箱内冷却水经喷淋管喷洒到换热管束上，温度较低的外喷淋水吸收换热管管壁上的热量，同时伴有换热管内的待冷却介质的热量传递到换热管管壁上，最终待冷却介质的热量传导喷淋水。喷淋水在喷淋到换热管束上增加了与塔体内空气的接触面积，使进入塔内的空气增湿增温，再穿过上箱体翅片空气预冷管束。生产工艺上往往要求带冷却介质的终冷温度比较低，因此穿过翅片的空气温度与翅片管内的待冷却介质温差不大，空冷效率很低，翅片管束反而增加了轴流风机的阻力。另外，由于翅片管束和光管管束是串联运行的，增加了待冷却介质系统的管道阻力，浪费了循环水泵电机的运行功率，增加了设备的投资成本，同时设备也不利于检修维护。
2.干湿联合冷却塔在夏季的湿冷模式运行下，当被冷却热负荷最大时，冷却塔的冷却能力不足，原因是喷淋水温度过高。
申请号为201721200949.1、授权公告号为CN 207472099U、授权公告日为2018.06.08的中国实用新型专利公开了一种干湿联合循环水冷却塔，其包括塔体，冷却塔采用引风式结构，该引风式结构下方的塔体上依次安装干冷却段和湿冷却段：所述干冷却段主体为水平布置的干管束：而湿冷却段依次包括除水器、配水装置、淋水填料、百叶窗、水箱：所述干管束的出口处分两路，一路安装干管束出口阀门后和循环水给水管道连通并通过水箱出口阀门通入水箱中，另一路安装配水总管阀门后和配水装置的配水总管连通。
干湿联合循环水冷却塔为保证夏季的冷却负荷满足，必须加装足够高的淋水填料，满足了夏季的冷却负荷。但是塔内上部的翅片管的冷却效率很低，反而增加了轴流风机的阻力；该设备在冬季运行空冷模式，塔内下面的配水装置、淋水填料没有空冷的作用，但增加了轴流风机的阻力。无论哪种运行模式下都提高了轴流风机电机的运行功率，增加了电耗，同时增加了设备的投资成本。
3.申请号为201220157162.2、授权公告号为CN202582247U、授权公告日为2012.12.05的中国实用新型专利公开了一种干湿式联合工业循环水冷却系统，其包括干式冷却塔、闭式湿式冷却塔、进水总管、回水总管和闭式湿式冷却塔切换阀，干式冷却塔包括干冷塔体和空冷散热器，闭式湿式冷却塔包括湿冷塔体、冷却风机、冷却水管道、冷却水喷嘴和冷却盘管，干式冷却塔与闭式湿式冷却塔并联设置，工业循环水从进水总管同时进入空冷散热器和冷却盘管；或者工业循环水仅进入空冷散热器，再经过回水总管与被冷却设备形成回路。
干湿联合工业循环水冷却系统需要同时建造干式冷却塔与闭式湿式冷却塔，干式与湿式冷却塔分别交替应用，实现被冷设备冷却介质的降温。在干式运行模式下，虽然该设备可以减少水消耗、节约水资源，但是设备的占地面积很大，设备的运行消耗较大，总投资很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低轴流风机功率、减少设备的占地面积、提高设备的运行效率的干湿左右布置一体闭式冷却装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种干湿左右布置一体闭式冷却装置，包括设于顶部的轴流风机，其特征在于：在轴流风机下面左右相对布置有湿冷单元和空冷单元，所述湿冷单元与空冷单元具有相互独立并且能够单独控制启闭的进风口。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：所述湿冷单元是逆流式湿冷单元，其包括由上到下设置的收水器、喷淋装置、淋水填料、湿冷第二百叶、湿冷管束以及喷淋水箱，所述喷淋装置与喷淋水箱之间以喷淋循环泵相接。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：在湿冷单元顶部内侧边缘与轴流风机的风筒底部边缘之间设置有空冷第二百叶，所述空冷第二百叶将所述轴流风机与所述风冷单元隔开。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：所述空冷单元由外向内依次设有空冷第一百叶、空冷管束以及高压清洗装置。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：还包括设于侧面的湿冷第一百叶，所述湿冷第一百叶与所述湿冷第二百叶相对设置，并且位于所述空冷第一百叶的下方。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：所述湿冷单元是横流式湿冷单元，其包括由上到下设置的喷淋装置、湿冷管束、淋水填料、收水器、湿冷百叶以及喷淋水箱，其中所述湿冷百叶、淋水填料及收水器是由外至内依次并排布置，所述喷淋装置与喷淋水箱之间以喷淋循环泵相接。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：所述空冷单元由外向内依次设有空冷第一百叶、空冷管束以及高压清洗装置，所述空冷第一百叶与湿冷进风百叶相对布置。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：所述湿冷管束与待冷却介质的出主管道以及进主管道形成循环连通。
所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中：所述空冷管束与待冷却介质的出主管道以及进主管道形成循环连通。
本发明还提供一种干湿左右布置一体闭式冷却方法，具有前述干湿左右布置一体闭式冷却装置，其中湿冷单元为逆流式，其特征在于：
湿冷单元独立工作时，湿冷第一百叶、湿冷第二百叶及空冷第一百叶开启，空冷第二百叶关闭，使大部分的外部空气流经湿冷第一百叶，少部分的外部空气流经空冷第一百叶、空冷管束、高压清洗装置，最终汇集在湿冷第二百叶进入湿冷单元。减少了空冷管束上结露现象；
空冷单元独立工作时，空冷第一百叶与空冷第二百叶开启，湿冷第一百叶关闭，湿冷第二百叶部分开启，使外部空气流经空冷单元，大部分被加热的空气流经空冷第二百叶，少部分的被加热的空气流经湿冷第二百叶，提高淋水填料的环境温度。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：本发明可以控制仅湿冷单元或仅空冷单元工作，而且工作时仅参与工作的单元具有风阻，无论在湿冷模式还是在空冷模式下运行，其内部阻力相比现有的干湿上下联合冷却塔都大大减少，电机的运行功率大幅降低，设备的投资成本得以节省。空冷单元和湿冷单元能够分别独立运行，在设备的可维护性上相比传统的干湿上下联合冷却塔也提高了很多。
附图说明
图1为本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置第一实施例结构示意图。
图2为本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置第一实施例空冷运行模式图。
图3为本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置第一实施例湿冷运行模式图。
图4为本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置第二实施例结构示意图。
图5为本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置第二实施例空冷运行模式图。
图6为本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置第二实施例湿冷运行模式图。
附图标记说明：1-轴流风机；2-空冷第二百叶；3-空冷单元；3-1-空冷第一百叶；3-2-空冷管束；3-3-高压清洗装置；4-湿冷单元；4-1-收水器；4-2-喷淋装置；4-3-淋水填料；4-4-湿冷第二百叶；4-5-湿冷管束；4-6-喷淋水箱；4-7-喷淋循环泵；4-11-喷淋装置；4-12-湿冷管束；4-13-淋水填料；4-14-收水器；4-15-湿冷百叶；4-16-喷淋水箱；4-17-喷淋循环泵；5-湿冷第一百叶；6-湿冷管束出管阀门(Vw-1)；7-空冷管束出管阀门(Va-1)；8-湿冷管束进管阀门(Vw-2)；9空冷管束进管阀门(Va-2)；10-出主管道；11-进主管道。
具体实施方式
如图1所示，是本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置第一个实施例，包括设备顶部的轴流风机1，在轴流风机1下面左右相对布置湿冷单元4和空冷单元3，在湿冷单元4顶部内侧边缘与轴流风机1风筒底部边缘之间设置空冷第二百叶2，空冷单元3由外向内依次是空冷第一百叶3-1、空冷管束3-2、高压清洗装置3-3，湿冷单元4由上到下依次是收水器4-1、喷淋装置4-2、淋水填料4-3、湿冷第二百叶4-4、湿冷管束4-5、喷淋水箱4-6、喷淋循环泵4-7，空冷第一百叶3-1下面设置湿冷第一百叶5，在本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置的右下侧预埋了出主管道10和进主管道11，由出主管道10分别连接到湿冷管束出管阀门6(Vw-1)与空冷管束出管阀门7(Va-1)，进主管道11分别连接到湿冷管束进管阀门8(Vw-2)与空冷管束进管阀门9(Va-2)。
下面说明本实施例的使用方法和工作过程。在使用时，空冷管束3-2与湿冷管束4-5内流通待冷却介质(本实施例中的待冷却介质为水)，在冷季节时，本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置运行空冷模式，如图2所示，打开空冷管束进管阀门9(Va-2)和空冷管束出管阀门7(Va-1)，关闭湿冷管束出管阀门6(Vw-1)和湿冷管束进管阀门8(Vw-2)，使待冷却介质通过空冷管束3-2；打开空冷第一百叶3-1、空冷第二百叶2及湿冷第二百叶4-4，关闭湿冷第一百叶5，启动轴流风机1，使本发明轴流风机1下面产生负压，外部冷空气依次穿过空冷第一百叶3-1、空冷管束3-2、高压清洗装置3-3、空冷第二百叶2(大部分热空气通过空冷第二百叶2)，到达轴流风机1的风筒下部，最终由轴流风机1将进入到风筒下面空气排出大气中，穿过空冷管束3-2的低温空气通过翅片吸收空冷管束3-2内待冷却介质的热量，最终把待冷却介质的热量散发到大气中，此时穿过空冷管束3-2的大部分热空气通过空冷第二百叶2进入轴流风机1下面，闭式冷却装置的风阻静压为空冷第一百叶3-1的阻力、空冷管束3-2的阻力、高压清洗装置3-3的阻力及空冷第二百叶2的阻力之和，减少现有干湿上下联合型冷却塔的内部阻力高的问题。
另外，在寒冷季节淋水填料4-3具有冷脆性，本发明干湿左右联合一体闭式冷却装置的湿冷第二百叶4-4打开，可实现少部分热空气进入湿冷单元4，提高淋水填料4-3及收水器4-1的环境温度，防止淋水填料4-3及收水器产生冷脆开裂。
在热季节时，本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置运行湿冷模式，如图3所示，关闭空冷管束进管阀门9(Va-2)和空冷管束出管阀门7(Va-1)，打开湿冷管束出管阀门6(Vw-1)和湿冷管束进管阀门8(Vw-2)，使待冷却介质通过湿冷管束4-6；打开空冷第一百叶3-1、湿冷第一百叶5及湿冷第二百叶4-4，关闭空冷第二百叶2，向喷淋水箱4-6内提前注满冷却水，启动喷淋循环泵4-7抽喷淋水箱4-6内冷却水通过喷淋装置4-2均匀喷淋到淋水填料4-3上，冷却水由于重力作用自淋水填料4-3上部流淌到其下面，冷却水在淋水填料4-3上得以均匀散开，增加了与塔内空气接触面积和接触时间。启动轴流风机1，使轴流风机1底部产生负压，大部分空气穿过湿冷第一百叶进入设备内部，少部分空气依次通过空冷第一百叶3-1、空冷管束3-2及高压清洗装置3-3进入设备内部，最终两股空气流在湿冷第二百叶4-4进口汇合依次穿过、湿冷第二百叶4-4、淋水填料4-3、喷淋装置4-2、收水器4-1，最终到达轴流风机1底部，由轴流风机1将其底部空气排放到大气中，此过程中由外部空气经与淋水填料4-3上的冷却水膜充分接触，使得喷淋水热量通过蒸发及传导方式散发到空气中，增加了空气的湿度，从而使冷却水温度降低，经填料降温后的冷却水均匀散落到湿冷管束4-5上，吸收湿冷管束4-5内待冷却介质经过换热管壁传导出来的热量，实现待冷却介质的降温。在湿冷模式下轴流风机1所要克服阻力：湿冷第一百叶5的阻力、湿冷第二百叶4-4的阻力、淋水填料4-3的阻力、喷淋装置4-2的阻力、收水器4-1的阻力。
另外，在热季节，空冷管束3-2上很容易出现结露，造成空冷管束3-2的翅片上积垢和腐蚀，本发明干湿左右联合一体闭式冷却装置的空冷第一百叶3-1打开，可使得少部分空气通过空冷单元3进入设备内，减少空冷管束3-2上的结露，延长空冷管束3-2使用寿命。
本实施例中，干湿左右联合一体闭式冷却装置无论在湿冷模式或空冷模式下运行，其内部阻力相比现有干湿上下联合冷却塔都大大减小，轴流风机1的电机运行功率大幅降低，设备的投资成本节省。空冷单元和湿冷单元分别独立运行，在设备的可维护性上相比干湿上下联合冷却塔也提高了很多。
如图4所示，是本发明的干湿左右联合一体闭式冷却装置的第二个实施例，其与第一个实例(如图1所示的逆流式湿冷装置)的不同之处在于：湿冷单元4为横流式湿冷装置。所谓逆流式冷却塔：是指冷却水从上向下穿过填料，而空气从下向上流动穿过填料，冷却水和空气的流动方向呈近乎180度的一种冷却塔(有些厂家称为对流式冷却塔)；而所谓横流式冷却塔：是指冷却水从上向下穿过填料，而空气从水平、斜方向流动穿过填料，冷却水和空气的流动方向呈近乎90度的一种冷却塔(也有些厂家称为直角式冷却塔)。
如图4所示，湿冷单元4自上而下依次包括：喷淋装置4-11、湿冷管束4-12、淋水填料4-13、收水器4-14、湿冷百叶4-15、喷淋水箱4-16、喷淋循环泵4-17，其中湿冷单元4中部由外至内依次是并排布置的湿冷百叶4-15、淋水填料4-13、收水器4-14。
下面说明本发明第二实施例的使用方法和工作过程。在使用时，空冷管束3-2与湿冷管束4-12内流通待冷却介质(本实施例中的待冷却介质为水)，在冷季节时，本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置运行空冷模式，如图5所示，打开空冷管束进管阀门9(Va-2)和空冷管束出管阀门7(Va-1)，关闭湿冷管束出管阀门6(Vw-1)和湿冷管束进管阀门8(Vw-2)，使待冷却介质通过空冷管束3-2；打开空冷第一百叶3-1，关闭湿冷百叶4-15，启动轴流风机1使其下部产生负压，外部冷空气依次穿过空冷第一百叶3-1、空冷管束3-2、高压清洗装置3-3，最终到达轴流风机1的风筒下部，由轴流风机1将其下面的空气排到大气中，穿过空冷管束3-2的冷空气通过翅片吸收翅片基管的内壁热量，最终吸收待冷却介质的热量散放到大气中。本发明干湿左右布置闭式冷却装置的空冷运行模式下轴流风机的阻力：空冷第一百叶3-1的阻力、空冷管束3-2的阻力、高压清洗装置3-3的阻力。相比现有干湿上下联合型冷却塔的内部阻力减少了湿冷管束及淋水填料的阻力。
在热季节时，本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置运行湿冷模式，如图6所示，关闭空冷管束进管阀门9(Va-2)和空冷管束出管阀门7(Va-1)，打开湿冷管束出管阀门6(Vw-1)和湿冷管束进管阀门8(Vw-2)，使待冷却介质通过湿冷管束4-12。向喷淋水箱4-16内注满冷却水，启动喷淋循环泵4-17抽喷淋水箱4-16内冷却水通过喷淋装置4-11均匀喷淋到湿冷管束4-12上，由重力作用冷却水自湿冷管束4-12上均匀流淌到湿冷管束4-12下面的淋水填料4-13上，使冷却水在淋水填料4-13上得以均匀散开，增加了与塔内空气的接触面积和接触时间，再启动轴流风机1，使轴流风机1下面产生负压，外部空气依次穿过湿冷百叶4-15、淋水填料4-13及收水器4-14，最终到达轴流风机1的风筒下面，由轴流风机1将其下面的空气排到大气中。在此过程中，由外部空气经与淋水填料4-13上的冷却水膜充分接触，使冷却水通过蒸发和传导方式将热量传递到进入设备内部的空气中，增加进入塔内空气的热量从而使冷却水温度降低。被冷却后的冷却水均匀散落到湿冷管束4-12上，通过热传导方式吸收湿冷管束4-12的换热管壁上热量，换热管内待冷却介质的热量通过热传导方式传递到换热管壁上，完成了待冷却介质的降温过程。本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置的在湿冷模式下运行轴流风机1的阻力：湿冷百叶4-15、淋水填料4-13的阻力、收水器4-1的阻力。
无论湿冷模式还是空冷模式运行，本发明干湿左右布置一体闭式冷却装置内阻力相比传统的干湿上下联合冷却塔大大降低，电机的功耗也随之大幅减少，节约了设备的投资成本和运行成本。另外，本发明的横流式湿冷单元的湿冷运行模式下的内阻力是湿冷百叶4-15、淋水填料4-13以及收水器4-14的风阻之和；逆流式的湿冷运行模式下的内阻力是湿冷第一百叶5、湿冷第二百叶4-4、淋水填料4-3、喷淋装置4-2、收水器4-1的风阻之和，相比之下，前者的内阻力更小。
综上所述，本发明干湿左右联合一体闭式冷却装置的轴流风机运行的内部阻力减小，随之轴流风机的风压很低，使得风机电机功率减小；湿冷单元与空冷单元左右分开布置单独运行，相比现有的干湿上下联合型冷却塔的湿冷管束与空冷管束串联运行系统管道阻力降低，系统管道循环泵的运行功率降低。还有针对空冷单元的高压清洗装置安装、操作及维护更加便捷。总之无论是从循环水系统的设备投资造价上还是其运行成本上都大大节省。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种干湿左右布置一体闭式冷却装置，包括设于顶部的轴流风机，其特征在于：在轴流风机下面左右相对布置有湿冷单元和空冷单元，所述湿冷单元与空冷单元具有相互独立并且能够单独控制启闭的进风口。
2.根据权利要求1所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：所述湿冷单元是逆流式湿冷单元，其包括由上到下设置的收水器、喷淋装置、淋水填料、湿冷第二百叶、湿冷管束以及喷淋水箱，所述喷淋装置与喷淋水箱之间以喷淋循环泵相接。
3.根据权利要求2所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：在湿冷单元顶部内侧边缘与轴流风机的风筒底部边缘之间设置空冷第二百叶，所述空冷第二百叶将所述轴流风机与所述空冷单元隔开。
4.根据权利要求3所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：所述空冷单元由外向内依次设有空冷第一百叶、空冷管束以及高压清洗装置。
5.根据权利要求4所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：还包括设于侧面的湿冷第一百叶，所述湿冷第一百叶与所述湿冷第二百叶相对设置，并且位于所述空冷第一百叶的下方。
6.根据权利要求1所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：所述湿冷单元是横流式湿冷单元，其包括由上到下设置的喷淋装置、湿冷管束、淋水填料、收水器、湿冷百叶以及喷淋水箱，其中所述湿冷百叶、淋水填料及收水器是由外至内依次并排布置，所述喷淋装置与喷淋水箱之间以喷淋循环泵相接。
7.根据权利要求6所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：所述空冷单元由外向内依次设有空冷第一百叶、空冷管束以及高压清洗装置，所述空冷第一百叶与湿冷百叶相对布置。
8.根据权利要求2或6所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：所述湿冷管束与待冷却介质的出主管道以及进主管道形成循环连通。
9.根据权利要求4或7所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：所述空冷管束与待冷却介质的出主管道以及进主管道形成循环连通。
10.一种干湿左右布置一体闭式冷却方法，具有如权利要求5所述的干湿左右布置一体闭式冷却装置，其特征在于：
湿冷单元独立工作时，湿冷第一百叶、湿冷第二百叶及空冷第一百叶开启，空冷第二百叶关闭，使大部分的外部空气流经湿冷第一百叶，少部分的外部空气流经空冷第一百叶、空冷管束、高压清洗装置，最终汇集在湿冷第二百叶进入湿冷单元。减少了空冷管束上结露现象；
空冷单元独立工作时，空冷第一百叶与空冷第二百叶开启，湿冷第一百叶关闭，湿冷第二百叶部分开启，使外部空气流经空冷单元，大部分被加热的空气流经空冷第二百叶，少部分的被加热的空气流经湿冷第二百叶，提高淋水填料的环境温度。
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