CN112969883A - 低温燃料罐 - Google Patents

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R·尼博
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Abstract

本发明涉及一种低温燃料罐(10)，低温燃料罐(10)包括测量和/或记录燃料罐(10)中的燃料的一个或更多个物理量的仪表化装置(30)，该燃料罐(10)包括内壳(16)和外壳(18)以及在内壳(16)与外壳(18)之间的绝缘腔(20)，其中内壳(16)包括第一圆柱形壳体部分(16.1)和在其两个端部处的端部部分(16.2)，并且外壳(18)包括第二圆柱形壳体部分(18.1)和在其两个端部处的端部部分(18.2)，低温燃料罐(10)还包括罐连接空间(22)。仪表化装置(30)包括用于燃料罐(10)中的燃料的一个或更多个物理量的测量系统(34)的仪器导管(32)，并且测量系统(34)联接至仪器导管(32)，其中仪器导管(32)被布置成从罐连接空间(22)经由绝缘腔(20)延伸到罐空间(11)。

Description

低温燃料罐
技术领域
本发明涉及一种低温燃料罐，该低温燃料罐包括测量和/或记录该燃料罐中的燃料的一个或更多个物理量的仪表化装置，该燃料罐包括内壳、外壳，其中所述内壳包括第一圆柱形壳体部分和在所述第一圆柱形壳体部分的两个端部处的端部部分，并且所述外壳包括第二圆柱形壳体部分和在所述第二圆柱形壳体部分的两个端部处的端部部分，以及在所述内壳与所述外壳之间的绝缘腔。
背景技术
本发明涉及在低温条件下将液化气存储在用于气体消耗器的耐压罐中并以适当的方式对所述罐进行仪表化的领域。借助于这种仪表化，可以测量和/或记录罐中气体的物理量。最关注的一个量是液相下的气体量，尽管也可能期望测量其它量。
众所周知，雷达液位仪通过测量行波的飞行时间，以与超声液位传感器几乎相同的方式测量从发射器/传感器到位于更下方的液体表面的距离，然后确定处理材料的液位。它们被认为是连续的液位测量设备，因为即使容器中液体的液位变化，它们也可以继续测量液位。雷达液位仪与超声液位仪之间的根本差异是所使用的波的类型。雷达液位仪使用无线电波代替超声仪器中使用的声波。无线电波本质上是电磁波，在微波频率范围内具有很高的频率。
存在两种基本类型的雷达液位仪：导波雷达和非接触波雷达。导波雷达仪使用波导探头将无线电波引导到工艺液体中，而非接触式雷达仪则通过开放空间将无线电波发送出去以反射出工艺材料。
在实用新型CN207379583U中，公开了一种非接触式雷达液位计系统，该系统用于确认储罐中物品的包装材料液位。
实用新型CN206504772U公开了一种雷达液位计系统，其中设有安装管，该安装管配备有雷达液位计。安装管中有一个浮子，使得雷达波被该浮子反射，从而提高了测量精度。液位与雷达液位计之间的距离等于雷达液位计的读数和浮子的厚度。当液位高时，浮子将被拉至液位以下，以使浮子不会与雷达天线碰撞。
由于该发明涉及一种燃料罐，操作安全性在处理易燃燃料方面是极其重要的方面，并且在这方面，在液化气罐中使用双壁装置是众所周知的。
在公开文本WO2017042424A1中示出了一种LNG燃料罐，该LNG燃料罐包括不锈钢的内壳、外壳以及在二者之间具有绝缘部的腔20。在WO2017042424A1中公开了一种使用基于雷达的检测器确定罐中的燃料液位的方式。为此，LNG燃料罐在其圆柱形壳体部分中设有人孔结构，经由该人孔结构可以进入LNG燃料罐的内部。所述人孔设有用于确定罐的内壳中燃油液位的装置。这种装置需要使配线的引导通过部通过外壳，这有危害罐的密封性的潜在风险。
本发明的目的是提供一种能够以可靠且直接的方式获得仪表化的低温燃料罐。
发明内容
本发明的目的基本上可以如独立权利要求以及描述本发明的不同实施方式的更多细节的其它权利要求中所公开的那样实现。
根据本发明的实施方式，低温燃料罐包括测量和/或记录燃料罐中的燃料的一个或更多个物理量的仪表化装置，燃料罐包括内壳、外壳以及在内壳与外壳之间的绝缘腔，其中，内壳包括第一圆柱形壳体部分和在第一圆柱形壳体部分的两个端部处的端部部分，并且外壳包括第二圆柱形壳体部分和在第二圆柱形壳体部分的两个端部处的端部部分。低温燃料罐还包括罐连接空间。仪表化装置包括仪器导管，以及被配置成测量和/或记录燃料罐中的燃料的一个或更多个物理量的测量系统，测量系统联接到仪器导管。仪器导管被布置成从罐连接空间经由绝缘腔延伸到罐空间。
罐连接空间是用于容纳仪器导管的端部和联接至仪器导管的测量系统的空间。罐连接空间被布置成气密的，但也是可进入的(例如用于维护)。
根据本发明的实施方式，仪器导管被布置成延伸通过外壳的端部部分到绝缘腔，并且仪器导管被布置成还从绝缘腔通过燃料罐的内壳的第一圆柱形部分进入罐空间中。
根据本发明的实施方式，仪器导管的第一部分被布置成延伸通过外壳的端部部分，并且仪器导管的第二部分被布置成沿着内壳的端部部分与外壳的端部部分之间的绝缘腔延伸到第一圆柱形部分与第二圆柱形部分之间的绝缘腔，并且另外，仪器导管的第三部分被布置成在低温燃料罐的纵向方向上、在第一圆柱形部分与第二圆柱形部分之间的绝缘腔中延伸，并且仪器导管的第四部分被布置成延伸通过燃料罐的内壳进入罐空间中。
根据本发明的实施方式，低温燃料罐包括测量和/或记录燃料罐中的燃料的一个或更多个物理量的仪表化装置，燃料罐包括内壳、外壳，其中，内壳包括第一圆柱形壳体部分和在第一圆柱形壳体部分的两个端部处的端部部分，并且外壳包括第二圆柱形壳体部分和在第二圆柱形壳体部分的两个端部处的端部部分，以及在内壳与外壳之间的绝缘腔，其中，仪表化装置包括用于燃料罐中的燃料的一个或更多个物理量的测量系统的仪器导管，该仪器导管被布置成从罐连接空间经由绝缘腔延伸至罐空间。
根据本发明的实施方式，处于罐空间中的仪器导管部分的外壁中包括开口。
根据本发明的实施方式，第一圆柱形壳体部分设有引导通过部，仪器导管的第四部分被布置成通过该引导通过部延伸进入罐空间中，仪器导管的第四部分被布置成从引导通过部朝向第一圆柱形壳体部分的中心并且还朝向与引导通过部径向相对的第一壳的壁径向延伸。
根据本发明的实施方式，仪器导管的第四部分的侧壁中包括开口。
根据本发明的实施方式，引导通过部包括径向地在内部延伸的杯状件，杯状件具有附接至内壳的边缘，并且其中，仪器导管被引导通过杯状件的底部部分。
根据本发明的实施方式，仪表化装置包括基于雷达的测量系统，并且仪器导管的第四部分包括被布置成反射雷达信号的浮子部件。
根据本发明的实施方式，仪表化装置包括柔性温度测量探头，该柔性温度测量探头被布置在仪器导管内部。
根据本发明的实施方式，仪表化装置包括惯性测量单元，该惯性测量单元用于限定燃料罐的倾斜角。
根据本发明的实施方式，并且仪表化装置包括温度测量系统。
根据本发明的实施方式，仪表化装置包括基于雷达的测量系统，并且仪器导管的第四部分包括在管中的固定的参考反射器。
在该专利申请中呈现的本发明的示例性实施方式不应被解释为对所附权利要求的适用性构成限制。动词“包括”在本专利申请中用作开放式限制，其并不排除也存在未列出的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中列出的特征可以相互自由组合。尤其是在所附权利要求中阐述了被认为是本发明特性的新颖特征。
附图说明
在下文中，将参考所附的示例性示意图描述本发明，其中：
图1例示了根据本发明的实施方式的低温燃料罐，
图2例示了根据本发明的实施方式的图1的II-II视图，
图3例示了根据本发明的另一实施方式的图1的II-II视图，
图4例示了本发明的另一实施方式，
图5例示了本发明的又一实施方式，
图5例示了本发明的又一实施方式，
图6例示了根据本发明的另一实施方式的低温燃料罐，
图7例示了处于服务阶段的根据图6的低温燃料罐，以及
图8例示了根据本发明的另一实施方式的低温燃料罐。
具体实施方式
图1例示了布置在船舶的甲板12上的低温燃料罐10，并且图2示出了根据本发明的实施方式的图1的II-II视图。根据本发明的优选实施方式，低温燃料罐可以用作例如液化天然气燃料罐。低温燃料罐10借助于鞍座14被支承在甲板12上。低温燃料罐10包括内壳16，内壳16由不锈钢制成，以承受燃料罐中的环境。内壳内的罐空间11形成燃料储存空间。低温燃料罐10还包括外壳18，外壳18也是不锈钢的。内壳16包括具有第一纵向中心轴线A1的第一圆柱形壳体部分16.1以及在第一圆柱形壳体部分16.1的两个端部处的端部部分16.2，并且外壳18包括具有第二纵向中心轴线A2的第二圆柱形壳体部分18.1以及分别在第二圆柱形壳体部分18.1的两个端部处的端部部分18.2。在图1中，第一纵向轴线和第二纵向轴线彼此重合，但这仅是可选特征。这些纵向轴线平行于甲板12，即，基本上是水平定向的。在内壳16与包围该内壳的外壳18之间存在绝缘腔20。绝缘腔20可以填充有合适的绝缘材料，或者可以是如图1中所示那样的真空绝缘空间。内壳16借助于布置在腔20中的支承件被支承在外壳18上或被支承至外壳18。端部部分16.2和18.2优选地为圆顶形形状，并且内壳和外壳被构造成保持(withhold)超过500kPa的压力。
如图1所示，低温燃料罐10设有室或空间22，所述室或空间22被焊接至罐10的外壳18或通过一些其它适当的方式被布置成与罐10的外壳18气密连接，从而形成防止意外气体泄漏的安全屏障。例如，空间22(其可以被称为罐连接空间)还容纳有当填充或排空燃料罐10时需要的管道和仪器(此处未示出)。罐连接空间22被布置成与低温罐10的端部部分连接。
根据本发明的低温罐10包括用于测量和/或记录低温燃料罐10中的燃料的一个或更多个物理量的仪表化装置30。仪表化装置30包括用于测量燃料罐中的燃料的一个或更多个物理量的测量系统34，以及由测量系统34使用的仪器导管32。仪器导管32被布置成从罐连接空间22经由绝缘腔20延伸至罐空间11，并且进一步跨过第一圆柱形壳体部分16.1中的罐空间11(基本上是从一个壁到另一个壁)。测量系统34包括其用于测量信号和用于在罐连接空间22中进行控制的接口。
罐连接空间22通常是气密封闭空间，该气密封闭空间包含所有罐连接、配件、法兰和罐阀。它是由耐低温材料构成的，它具有一个带有高液位指示器和低温传感器的舱底井。罐连接空间(TCS)通常是不可接近的，除非检查是否有足够的氧气并且没有爆炸性气氛，否则人员不得进入罐连接空间。出于安全原因，TCS有利地设有永久气体检测、固定火灾探测和机械强制通风，每小时至少换气30次。
图1中的仪器导管32一般包括四个部分。第一部分32.1(也可以称为仪器导管32的第一端)被布置成一般在低温燃料罐10的纵向方向上从罐连接空间22延伸通过外壳18的端部部分18.2，所述低温燃料罐10的纵向方向平行于纵向中心轴线A1、A2。第一部分32.1的端部部分在气密的罐连接空间22中，从而提高了低温燃料罐10的安全性。第二部分32.2被布置成至少在径向方向上沿着内壳16的端部部分16.2与外壳18的端部部分18.2之间的绝缘腔20延伸。第二部分32.2朝向外壳18的径向周边延伸，但是由于第一部分32.1的位置不一定与第二纵向中心轴线A2重合，和/或由于第一部分不一定是直管(如图1和图2所示)，所以方向不必精确地是径向的，也不必是直的。因此，第二部分也可以稍微弯曲。图1还示出了第二部分32.2具有纵向方向分量。仪器导管32的第三部分32.3被布置成一般在纵向方向上沿着内壳16与外壳18之间的绝缘腔20延伸预定距离。仪器导管32的第四部分32.4被布置成在基本上径向方向上延伸进入燃料罐中。仪器导管32的第四部分32.4优选是从一个壁到另一个壁延伸通过罐空间11。第四部分32.4和第三部分32.3有利地基本彼此垂直。将第一部分、第二部分、第三部分和第四部分进行布置，以对仪器导管32、内壳16和/或外壳18的任何热膨胀提供补偿。仪器导管32包括在第一部分、第二部分、第三部分和第四部分之间的角部件，使得仪器导管32可以弯曲而不损坏，同时由于温度的变化，内壳和外壳体可以相对于彼此移动。
图3示出了根据本发明的另一实施方式的图1的II-II视图，其中，低温燃料罐10设有两个单独的仪表化装置30，以便测量低温燃料罐10中的燃料的至少两个不同物理量，该低温燃料罐10具有针对各个测量系统的专用的仪器导管32。
在图1的实施方式中，联接到仪器导管32的第一端的测量系统34是基于雷达的液位测量系统34或液位指示器。在该实施方式中，仪器导管32是波导，沿着该波导，雷达波从基于雷达的液位测量系统34发射，并且从液体表面反射的波被发射回基于雷达的液位测量系统34。因此，导管32用于在管中引导雷达波。即使未在图中示出，基于雷达的液位测量系统34也可以设有集成的截止阀，以便即使在罐运行时，也可以在需要维护的情况下容易地移除雷达设备。基于雷达的液位测量系统34还可以具有集成的压力变送器，该压力变送器测量罐10在气相下的压力。
图4例示了与仪器管的第四部分32.4有关的特征，根据该特征，管设有穿过管壁的若干开口36。换言之，罐空间11中的仪器导管部分在其外壁中包括开口36。开口36基本均匀地分布在第四部分的长度上。这提供了以下效果：当低温燃料罐中的液化燃气的水平液位升高或降低时，允许气态气体流入管中或从管中流出。对仪器导管32内外的压力进行平衡允许导管的第四部分32.4内部的液体表面液位跟随罐中的液体表面液位。通过适当地确定开口36的尺寸，还可以使管中的表面液位的突然变化变得均匀。
即使这样是有利的，也不必在罐中的液体表面的法线方向上布置第四部分32.4。如果液体表面的法线与仪器管道的第四部分32.4之间存在角度，则可以根据罐的角度和尺寸计算液位的实际位置。而且，当将低温燃料罐安装在船舶上时，它自然会随船舶一起改变其倾斜角，这导致液体表面相对于内壳的纵向中心轴线A1的短期或长期倾斜。根据本发明的实施方式，低温燃料罐包括惯性测量单元(IMU)38，惯性测量单元(IMU)有利地安装在罐连接空间22中。IMU使用3轴线陀螺仪、3轴线加速度计和3轴线磁力计来提供精确的燃料罐单元10的角度和定向信息。因为测量系统34被配置为使用惯性测量单元38的信息，所以从第四部分32.4到罐的纵向中心的距离可以与罐的角度相结合，以用于计算罐中的实际液位。
图4还示出了本发明的另一实施方式，根据该实施方式，仪表化装置30包括浮子部件40，该浮子部件40可滑动地布置在仪器导管30的第四部分32.4中的管中。浮子部件40设有表面，该表面有利于反射来自浮子部件的雷达信号。该表面有利地垂直于仪器导管30的第四部分32.4的纵向方向。例如，浮子部件40的表面可以是金属。这样，由于例如液化天然气的介电常数有些低(对于甲烷是1.7)，液体表面会导致反射较弱，而借助浮子部件，可以提高雷达测量的灵敏度，从而给出对液体表面的清楚指示。有利地，浮子部件40被构造成上表面靠近液体的表面的浮子。仪器导管30的第四部分32.4和浮子部件被构造成使得浮子部件40可通过与液位一起漂浮而从第四部分的一端一直移动到第四部分的另一端。
图5公开了本发明的另外两个方面。图5所示的本发明的实施方式包括固定的参考反射器42，该参考反射器42被布置在仪器导管32的第四部分32.4中，以可选地与基于雷达的液位测量系统一起使用。参考反射器42可以是例如被布置成径向延伸进入到管32中的销。在图5中，销42仅部分地延伸进入管中，从而提供雷达系统识别参考反射器所需的反射效果。参考反射器42也可以借助于在仪器导管32的管中的适当的内部延伸来获得，该内部延伸可以例如是贯穿该管的孔口或销或导线类似物。由于参考反射器处于固定位置，因此得到了针对雷达的参考信号，以提供准确的液位测量。由于内壳可能会相对于外壳运动，并且管可能至少弯曲到一定程度，因此可能会对雷达波的反射时间产生干扰。借助于固定的参考反射器42，可以对干扰进行补偿。诸如销之类的固定的参考反射器42有利地被组装在导管32内的导管延伸通过内壳16的位置处。参考反射器42将总是给出小的反射，所述小的反射可以被雷达用作参考，以提高准确性。
在图1的实施方式中，联接至仪器导管32的测量系统34可以是超声液位测量系统34，而不是基于雷达的测量系统。超声液位测量系统可以像基于雷达的液位测量系统一样与类似的仪器导管32连接使用。安装在管32内的参考反射器可用于连续校准传感器，以补偿温度变化时声波速度的变化。超声设备还可用于间接测量气体中的温度。
图5还示出了本发明的另一实施方式。内壳16的第一圆柱形部分16.1可以设有特殊的引导通过部44，以可选地与仪器导管32连接使用。该引导通过部44包括径向地在内部延伸的杯状件45，该杯状件45具有附接到低温燃料罐10的内壳16.1的边缘46。仪器导管32被引导通过杯状件的底部部分。所述杯状件具有适当选择的深度和直径，使得能够将第四部分32.4与第三部分32.2之间的角部件的弯曲半径布置成更大，同时第四部分32.4垂直于沿着绝缘腔20延伸的仪器导管的第三部分32.3来穿透杯状件。
图6和图7描绘了本发明的实施方式，根据该实施方式，联接到仪器导管32的第一端的测量系统34是温度测量系统34'。温度测量系统包括柔性探头部件，并且在探头的不同位置处设有若干探头元件。这样，可以将柔性探头插入仪器导管32中并且同样地将其移除。在图6中，柔性探头被完全插入到导管32中，并且在图7中，探头被部分移除，以例如维修或更换探头。如果将探头插入管子太困难，则可使用缠绕住管32内部的一端的钢丝，以将探头拉入管子中而不是推动探头。温度测量系统34'可以与图3中描述的实施方式中的液位测量系统一起同时使用。
在图8中示出了本发明的实施方式，该实施方式在其它方面与其它图中所示的实施方式相对应，但是此处罐连接空间22与低温罐10是分开的，即，与低温罐10不成一体。仪器导管32延伸通过外壳18的端部部分18.2，并经由屏障通道19进入罐连接空间。仪器导管32被外壳18的端部部分18.2与罐连接空间22之间的屏障通道19以气密方式封闭。屏障通道19可以是例如直径大于仪器导管32的直径的管。
尽管本文已经通过示例的方式结合目前被认为是最优选的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在覆盖其特征的各种组合或修改，以及如所附权利要求书所限定的本发明的范围内所包括的若干其它应用。当结合以上任何实施方式提及的细节和技术特征与另一实施方式的组合在技术上可行时，可以使用这样的组合。

Claims (14)

1.一种低温燃料罐(10)，所述低温燃料罐(10)包括测量和/或记录所述燃料罐(10)中的燃料的一个或更多个物理量的仪表化装置(30)，所述燃料罐(10)包括内壳(16)和外壳(18)以及在所述内壳(16)与所述外壳(18)之间的绝缘腔(20)，其中，所述内壳(16)包括第一圆柱形壳体部分(16.1)和在所述第一圆柱形壳体部分(16.1)的两个端部处的端部部分(16.2)，并且所述外壳(18)包括第二圆柱形壳体部分(18.1)和在所述第二圆柱形壳体部分(18.1)的两个端部处的端部部分(18.2)，所述低温燃料罐(10)还包括罐连接空间(22)，其特征在于，所述仪表化装置(30)包括仪器导管(32)，以及联接到所述仪器导管(32)的、被配置成测量和/或记录所述燃料罐(10)中的燃料的一个或更多个物理量的测量系统(34)，其中，所述仪器导管(32)被布置成从所述罐连接空间(22)经由所述绝缘腔(20)延伸到罐空间(11)。
2.根据权利要求1所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪器导管(32)被布置成延伸通过所述外壳(18)的所述端部部分(18.2)而到达所述绝缘腔(20)，并且进一步从所述绝缘腔(20)通过所述燃料罐(10)的所述内壳(16)的所述第一圆柱形部分(16.1)进入罐空间(11)中。
3.根据权利要求1所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪器导管(32)的第一部分(32.1)被布置成延伸通过所述外壳(18)的所述端部部分(18.2)，并且所述仪器导管(32)的第二部分(32.2)被布置成沿着所述内壳(16)的所述端部部分(16.2)与所述外壳(18)的所述端部部分(18.2)之间的绝缘腔(20)延伸到所述第一圆柱形部分(16.1)与所述第二圆柱形部分(18.1)之间的所述绝缘腔(20)，并且另外，所述仪器导管的第三部分(32.3)被布置成在所述低温燃料罐(10)的纵向方向上、在所述第一圆柱形部分(16.1)与所述第二圆柱形部分(18.1)之间的所述绝缘腔(20)中延伸，并且所述仪器导管(32)的第四部分(32.4)被布置成延伸通过所述燃料罐(10)的所述内壳(16)进入罐空间(11)中。
4.根据权利要求1所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪器导管(32)的第一部分(32.1)被布置成在所述低温燃料罐(10)的纵向方向上延伸通过所述外壳(18)的所述端部部分(18.2)。
5.根据权利要求3所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述第一圆柱形壳体部分(16.1)设有引导通过部(44)，所述仪器导管(32)的所述第四部分(32.4)被布置成通过所述引导通过部(44)延伸进入所述罐空间(11)中。
6.根据权利要求3或5所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪器导管(32)的所述第四部分(32.4)被布置成从所述引导通过部(44)朝向所述第一圆柱形壳体部分(16.1)的中心并且还朝向第一壳(16.1)的与所述引导通过部(44)径向相对的壁径向延伸。
7.根据权利要求1所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，处于所述罐空间(11)中的所述仪器导管部分的外壁中包括开口(36)。
8.根据权利要求3所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪器导管(32)的所述第四部分(32.4)的侧壁中包括开口(36)。
9.根据权利要求5所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述引导通过部(44)包括径向地在内部延伸的杯状件(45)，所述杯状件(45)具有附接至所述内壳(16)的边缘(46)，并且其中，所述仪器导管(32)被引导通过所述杯状件(45)的底部部分。
10.根据权利要求1和6所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪表化装置(30)包括基于雷达的测量系统(34)，并且所述仪器导管(32)的所述第四部分(32.4)包括被布置成反射雷达信号的浮子部件(40)。
11.根据权利要求1和5所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪表化装置(30)包括柔性温度测量探头(34)，所述柔性温度测量探头(34)被布置在所述仪器导管(32)内部。
12.根据权利要求1或6所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪表化装置(30)包括惯性测量单元，所述惯性测量单元用于限定所述燃料罐(10)的倾斜角。
13.根据权利要求1和6所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，并且所述仪表化装置(30)包括温度测量系统(34')。
14.根据权利要求1或6所述的低温燃料罐(10)，其特征在于，所述仪表化装置(30)包括基于雷达的测量系统(34)，并且所述仪器导管(32)的所述第四部分(32.4)包括在所述管(32)中的固定的参考反射器(42)。
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