CN114110288A - 一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，包括内部检漏组件、外部检漏组件、多层波纹管、端管、铠装环、可拆卸套箍、套管和挡板；设置内/外双报警装置，一旦出现微量泄漏就可以马上采取应急措施，减少不必要的事故停车和紧急检修，这样既节能又环保，大大提高了多层膨胀节的可靠性和耐用性，产生明显的经济效益和社会效益，从而可以进一步提高检漏的可靠性和效率；波纹段的各波谷之间加强环起到提高波纹管承压能力的作用；铠装环既起到提高端波波谷及直边段承压能力的作用又起到传递多层波纹管轴向推力、并抵抗周向弯曲引起的变形，保证膨胀节的可靠性和耐用性。

Description

一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节

技术领域

本发明涉及波纹膨胀节技术领域，尤其涉及一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节。

背景技术

固定管板式换热器是指管束两端管板采用焊接方法与壳体固定连接的管壳式换热器。

随着石油、化工、制药、核电行业的迅速发展，对固定管板式换热器的适应性和可靠性要求越来越高，传统的固定管板式换热器采用厚壁单层膨胀节已无法满足高温、高压等特殊工况的要求，于是，薄壁多层波纹膨胀节的应用越来越多。

由于薄壁多层波纹膨胀节的特殊性，它能吸收较大的管/壳程热膨胀差引起的轴向位移；可以采用液压整体成形工艺；由于波纹管每层的壁厚很薄，成形曲率半径和波高均比较小，可以免除成形后恢复性能热处理，降低材料消耗和制造成本。然而，对其可靠性要求也很高，需设置内层破裂报警装置（能将由内层泄漏的介质从信号孔处排出、引导至安全地点，同时还能测量信号孔处泄漏介质的压力）。

管道补偿器也叫膨胀节，分段安装于供热管道或输气管道中，用于补偿管道的伸缩，特别是用于输送高温、高压介质的长距离供热管道，膨胀节的壁厚较大、强度较高，吸收管道的轴向位移较多。因此对于管道膨胀节的可靠性要求较高。

目前，普遍使用的波纹管膨胀节大多是内压式工作方式。管道内通入介质后，介质会进入到波纹管的内腔中，即波纹管的内壁受到介质的压力。管道因热胀冷缩而伸长或收缩时，波纹管受到拉伸或压缩的作用力，加上波纹管内壁承受的压力，长期使用过程中，由于供热管道产生的伸缩量较大，波纹管的波数较多，膨胀节的波纹管容易因疲劳出现泄漏，内压式波纹管膨胀节一旦泄漏即会使整个膨胀节失效。因此需要定期维护或更换管道膨胀节，造成膨胀节的使用寿命较短，维护和更换的工作量大，成本较高。有时因未能及时发现泄漏和失效的膨胀节，甚至于引发生产安全事故，造成严重的人身伤害和经济损失。

现有专利CN 201811644849.7提供带有检测装置的曲管波纹膨胀节，包括膨胀节本体、检测装置和控制装置，膨胀节本体包括依次连接的左接管、第一工作波纹管、中间接管、第二工作波纹管、三通组件、平衡波纹管和右接管，右接管的端部设有封头，第一工作波纹管和第二工作波纹管以及平衡波纹管上分别设有检测装置；检测装置包括位移检测装置、伸缩计数检测装置、厚度和裂纹检测装置，检测装置分别与电源、信号传输装置、数据处理装置和数据终端电连接。本发明通过检测装置采集膨胀节的各项数据，经处理后发送至相关人员的手机中，实现随时查看，在膨胀节泄漏时报警。本发明有利于优化产品设计，并能准确预测膨胀节的维护、检修和更换时间，实现智能检测和监控。

但是上述专利仍存在以下问题：

1）膨胀节本体包括依次连接的左接管、第一工作波纹管、中间接管、第二工作波纹管、三通组件、平衡波纹管和右接管，当检测到膨胀节出现泄漏或其它险情后进行维护时需要拆卸替换重新固定，操作复杂，且后续固定时的密封性效果难以保持，会降低膨胀节的可靠性和耐用性；

2）采用位移检测装置、伸缩计数检测装置、厚度和裂纹检测装置实时采集膨胀节使用过程中的各项数据，经过数据输出和数据处理后，实时发送至相关人员的手机或电脑中，这仅能在适用过程中在膨胀节出现泄漏或其它险情后能发出报警，容易产生贻误，且影像容易受到影响，人员判断时易产生误判；

3）检测装置包括位移检测装置、伸缩计数检测装置、厚度和裂纹检测装置，且位移检测装置、伸缩计数检测装置、厚度和裂纹检测装置中的传感器均设置在膨胀节的外表面，只能检测到膨胀节的外表面，而当膨胀节的内表面产生微裂纹或微穿孔时检测装置根本无法检测出，不能及时预警并采取应急措施，会导致内层破裂引起大量泄漏、内层的承压能力完全丧失、剩余外层因超压而发生爆破失效，从而导致突然停工停产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，解决现有技术中膨胀节的可靠性和耐用性低、人员判断时易产生误判、不能及时预警并采取应急措施会导致突然停工停产的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其创新点在于：包括内部检漏组件、外部检漏组件、多层波纹管、端管、铠装环、可拆卸套箍、套管和挡板；

所述内部检漏组件包括内部检漏管，所述内部检漏管的外径为d，内部检漏管的壁厚为h；

所述多层波纹管是由波纹段和对称设置在所述波纹段长度两侧的直边段固定而成的一整体结构，且所述直边段均与所述波纹段的波谷底部处于同一直线上；

所述端管对称设置在所述多层波纹管的延伸两侧处，在所述端管靠近多层波纹管的一侧外壁顶部凹进形成一容纳区用于刚好容纳所述多层波纹管的直边段，将直边段端部焊接在所述容纳区尾部，使得所述直边段的外径与端管的外径齐平；

所述直边段上贴紧所述端管的一层为内层，剩余其他层为外层，在所述直边段的外层的最内一层上开设有直径为d1的第一信号孔，且d1<d，在所述直边段的其余外层上均开设有直径为d2的第二信号孔，所述第二信号孔与所述第一信号孔同心设置，且d2>d（能方便施焊内部检漏管），所述内部检漏管底部对准第二信号孔推进使得内部检漏管垂直于直边段，且内部检漏管与第一信号孔同心，内部检漏管的底面与所述外层的最内一层的外壁采用角焊缝连接；

所述铠装环设置在多层波纹管的两侧直边段上，铠装杯为一整体结构，包括下部连接段，所述下部连接段的长度小于所述直边段的长度，将下部连接段设置在所述直边段上并贴紧在所述波纹段的波谷设置处；使得铠装环既起到提高波谷及直边承压能力的作用又起到传递波纹管轴向推力、并抵抗周向弯曲引起的变形；

所述可拆卸套箍可拆卸安装在所述端管和所述直边段上的相交处，且该可拆卸套箍完全覆盖所述直边段和容纳区的焊缝，起到保护波纹管剩余直边段和波纹管与端管之间环焊缝的作用，可拆卸套箍是由多瓣可拆卸套箍通过连接耳板和螺栓紧固件连接而成，且其内部具有一直径为d3的引出孔，所述引出孔内设有所述内部检漏管，且内部检漏管与引出孔之间的径向间隙为p，且d<d3<d2，便于其余外层透气孔的排气和内部检漏管的引出；

所述套管同心套设在所述内部检漏管的外侧，使得内部检漏管顶面延伸出所述套管约50mm，方便与外部仪表或管线进行螺纹或卡套等便捷连接，且套管的底面密封焊接在所述可拆卸套箍的顶壁上，套管的顶部与内部检漏管之间密封连接，套管的直径为d4，则d4>=d3，起到引出和保护内部检漏管的作用；

所述挡板为一直角板结构，包括互相垂直的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部的延伸侧底部采用圆弧过渡，将所述第一连接部的延伸侧与所述铠装杯焊接、将第二连接部的延伸侧与所述端管焊接，且所述挡板与所述可拆卸套箍之间留有间隙，使可拆卸套箍仅起到保护加强剩余直边段和直边与端管之间环焊缝的作用，不承受来自端部铠装环的轴向推力和周向弯矩，挡板既起到提高铠装环抵抗周向弯曲变形能力的作用，又起到承担由铠装环传递过来的波纹管轴向推力，并将其传递到端管的作用；

所述外部检漏组件包括外部检漏管，在所述可拆卸套箍的内表面位于内部检漏管外部处加工有一环形密封槽，并放置环形密封圈，使所述套管内部形成一个密封腔，则在所述套管上一侧开设有外层检漏口，在所述外层检漏口处密封固定外部检漏管，且所述外部检漏管的延伸端、以及内部检漏管的顶面上均安装有报警器，用于检测多层波纹管的内层以及外层的最内一层或最外一层是否泄漏。

进一步的，所述多层波纹管的层数为n，且2≤n≤5，每层多层波纹管的壁厚为t，且1mm≤t≤5mm，多层波纹管的总厚度为n*t，且2mm≤n*t≤10mm。

进一步的，所述容纳区的长度不小于所述直边段的长度。

进一步的，所述波纹段的每一波谷处均还设有一加强环，所述加强环与波纹段的相接处为弧形结构，起到提高波纹管承压能力的作用。

进一步的，所述内部检漏管的壁厚为h，且d1=d-2*h，由于波纹管各外层都较薄，d2=d+2倍的焊脚尺寸+2~3mm，保证焊接结构稳定性。

进一步的，为了防止内部检漏管因径向摆动而使其根部的角焊缝开裂，p的取值范围为0.5~1mm，这样既能定位内部检漏管，又能压紧各外层开孔d2的边缘、从而起到压紧和保护波纹管直边的作用。

进一步的，为了防止铠装环因承受波纹管波高处的内压引起的轴向推力而产生的周向弯曲变形传递至可拆卸套箍，引起可拆卸套箍也一起变形，可拆卸套箍与铠装环之间留有约1~2mm的小空隙。

进一步的，还包括一密封环，所述密封环为一环形板结构，将所述密封环密封设置在所述内部检漏管上位于所述套管的顶面上，可采用焊接或粘结连接，起到进一步封闭间隙、固定内部检漏管的作用，防止内部检漏管在外力作用下发生径向摆动和在内压作用下发生轴向移动，使内部检漏管牢牢固定在套管和可拆卸套箍的引出孔内，从而使内部检漏管对波纹管直边段外层的最内一层的开孔d1的边缘也起到加强作用，此处可拆卸套箍无法直接施加对此处的加强作用，只能通过与其连接的套管，并通过密封环、内部检漏管进行力的传递，使内部检漏管底部紧贴开孔边缘来间接施加对此处的加强作用。

进一步的，如果套管上需要添加保温层，则其高度高出保温层50mm，防止其被保温层掩埋影响后续操作。

进一步的，所述铠装杯为7字形结构体或L形结构体或Z形结构体，可抵抗周向弯曲引起的变形。

本发明的优点在于：

1）本发明中的内/外双报警装置，一旦出现微量泄漏就可以马上采取应急措施，减少不必要的事故停车和紧急检修，这样既节能又环保，大大提高了多层膨胀节的可靠性和耐用性，产生明显的经济效益和社会效益，从而可以进一步提高检漏的可靠性和效率：

在平时的在线检查时，对外部检漏管打气密：如果内部检漏管处冒气泡，说明外层的最内一层是因为在操作、焊接残余应力的作用下引起内部检漏管的角焊缝开裂而泄漏；如果波纹管外壁某处冒气泡，说明外层的最外一层是因为大气环境的腐蚀和在操作、焊接残余应力的作用下引起穿孔或裂纹而泄漏；

在设备运行过程中，对外部检漏管抽真空后封闭：如果外部检漏管的真空压力表的真空度下降，且内部检漏管处的压力由常压下降为与外部检漏管有相同的真空度，说明外层的最内一层是因为在操作、焊接残余应力的作用下引起内部检漏管的角焊缝开裂而泄漏；如果外部检漏管的真空压力表的真空度下降至零，而内部检漏管的压力维持常压不变，说明外层的最外一层是因为大气环境的腐蚀和在操作、焊接残余应力的作用下引起穿孔或裂纹而泄漏，再加上已有的内部检漏管，能及时发现内层是否在介质腐蚀和压力作用下产生穿孔、裂纹而泄漏。

2）本发明中，波纹段的各波谷之间加强环起到提高波纹管承压能力的作用；铠装环既起到提高端波波谷及直边段承压能力的作用又起到传递多层波纹管轴向推力、并抵抗周向弯曲引起的变形；

3）本发明中挡板与铠装环和端管焊接，却不与套箍焊接，使套箍仅起到保护加强剩余直边和直边与端管之间环焊缝的作用，不承受来自端部铠装环的轴向推力和周向弯矩，挡板既起到提高铠装环抵抗周向弯曲变形能力的作用，又起到承担由铠装环传递过来的波纹管轴向推力，并将其传递到端管的作用，保证膨胀节的可靠性和耐用性；

4）本发明中当多层波纹管直边段与端管的焊缝或内部检漏管与多层波纹管外层的最内一层的角焊缝出现开裂时，可以先将挡板切断、切除密封环与内部检漏管之间的焊缝，再将可拆卸套箍连接处的紧固件松开，上述拆卸动作都不会伤及膨胀节的承压本体，取下可拆卸套箍，便于检测和维修内部检漏管的角焊缝和波纹管直边段与端管的环焊缝，返修合格后，重新紧固好可拆卸套箍，焊接好挡板，即可使膨胀节重新使用，易于维护，避免由于以前的结构无法拆开维修而报废整台换热器，造成长时间停车和成本的浪费。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节的剖视图。

图2为本发明的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节中的图1的局部放大图。

具体实施方式

如图1至图2所示的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，包括内部检漏组件、外部检漏组件、多层波纹管8、端管1、铠装环6、可拆卸套箍3、套管10和挡板2。

内部检漏组件包括内部检漏管5，内部检漏管5的外径为d，内部检漏管5的壁厚为h，且d1=d-2*h。

多层波纹管8是由波纹段和对称设置在波纹段长度两侧的直边段固定而成的一整体结构，且直边段均与波纹段的波谷底部处于同一直线上。

波纹段的每一波谷处均还设有一加强环7，加强环7与波纹段的相接处为弧形结构，起到提高波纹管承压能力的作用。

端管1对称设置在多层波纹管8的延伸两侧处，在端管1靠近多层波纹管8的一侧外壁顶部凹进形成一容纳区用于刚好容纳多层波纹管8的直边段，且容纳区的长度大于直边段的长度，将直边段端部焊接在容纳区尾部，使得直边段的外径与端管1的外径齐平。

多层波纹管8为4层结构，每层多层波纹管8的壁厚为2mm，多层波纹管8的总厚度为8mm。

直边段上自远离端管1自靠近端管1的方向上依次为第一层、第二层、第三层和第四层，且第四层为内层，其他三层为外层，在直边段的外层的最内一层上即第三层上开设有直径为d1的第一信号孔，且d1<d，在直边段的其余外层即第一、二层上均开设有直径为d2的第二信号孔，第二信号孔与第一信号孔同心设置，由于波纹管各外层都较薄，d2=d+2倍的焊脚尺寸+2mm，保证焊接结构稳定性。

内部检漏管5底部对准第二信号孔推进使得内部检漏管5垂直于直边段，且内部检漏管5与第一信号孔同心，内部检漏管5的底面与外层的最内一层的外壁采用角焊缝连接。

铠装环6设置在多层波纹管8的两侧直边段上，铠装杯为一Z形结构体，包括上部直线段、竖向衔接段和下部连接段，上部直线段固定在竖向衔接段的顶部一侧上，下部连接段固定在竖向衔接段的底部一侧上，且竖向衔接段与下部直线段之间设有圆弧过渡段，且下部连接段的长度小于直边段的长度，将下部连接段设置在直边段上并贴紧在波纹段的波谷设置处；使得铠装环6既起到提高波谷及直边承压能力的作用又起到传递波纹管轴向推力、并抵抗周向弯曲引起的变形。

为了防止铠装环6因承受波纹管波高处的内压引起的轴向推力而产生的周向弯曲变形传递至可拆卸套箍3，引起可拆卸套箍3也一起变形，可拆卸套箍3与铠装环6之间留有约1mm的小空隙。

可拆卸套箍3可拆卸安装在端管1和直边段上的相交处，且该可拆卸套箍3完全覆盖直边段和容纳区的焊缝，起到保护波纹管剩余直边段和波纹管与端管1之间环焊缝的作用，可拆卸套箍3是由三瓣可拆卸套箍3通过连接耳板和螺栓紧固件连接而成，且其内部具有一直径为d3的引出孔，引出孔内设有内部检漏管5，且内部检漏管5与引出孔之间的径向间隙为p，且d<d3<d2，便于其余外层透气孔的排气和内部检漏管5的引出。

为防止内部检漏管5因径向摆动而使其根部的角焊缝开裂，p取值为0.5mm，这样既能定位内部检漏管5，又能压紧各外层开孔d2的边缘、从而起到压紧和保护波纹管直边的作用。

套管10同心套设在内部检漏管5的外侧，在套管上添加保温层，则其高度高出保温层50mm，方便与外部仪表或管线进行螺纹或卡套等便捷连接，且套管10的底面密封焊接在可拆卸套箍3的顶壁上。

套管10的顶部与内部检漏管5之间密封连接，套管10的直径为d4，则d4>=d3，起到引出和保护内部检漏管5的作用。

挡板2为一直角板结构，包括互相垂直的第一连接部和第二连接部，第一连接部的延伸侧底部采用圆弧过渡，将第一连接部的延伸侧与铠装杯焊接、将第二连接部的延伸侧与端管1焊接，且挡板2与可拆卸套箍3之间留有间隙，使可拆卸套箍3仅起到保护加强剩余直边段和直边与端管1之间环焊缝的作用，不承受来自端部铠装环6的轴向推力和周向弯矩，挡板2既起到提高铠装环6抵抗周向弯曲变形能力的作用，又起到承担由铠装环6传递过来的波纹管轴向推力，并将其传递到端管1的作用。

外部检漏组件包括外部检漏管4，在可拆卸套箍3的内表面位于内部检漏管5外部处加工有一环形密封槽，并放置环形密封圈9，使套管10内部形成一个密封腔，则在套管10上一侧开设有外层检漏口，在外层检漏口处密封固定外部检漏管4，且外部检漏管4的延伸端、以及内部检漏管5的顶面上均安装有报警器12，用于检测多层波纹管8的内层以及外层的最内一层或最外一层是否泄漏。

还包括一密封环11，密封环11为一环形板结构，将密封环11密封设置在内部检漏管5上位于套管10的顶面上，可采用焊接或粘结连接，起到进一步封闭间隙、固定内部检漏管5的作用，防止内部检漏管5在外力作用下发生径向摆动和在内压作用下发生轴向移动，使内部检漏管5牢牢固定在套管10和可拆卸套箍3的引出孔内，从而使内部检漏管5对波纹管直边段外层的最内一层的开孔d1的边缘也起到加强作用，此处可拆卸套箍3无法直接施加对此处的加强作用，只能通过与其连接的套管10，并通过密封环、内部检漏管5进行力的传递，使内部检漏管5底部紧贴开孔边缘来间接施加对此处的加强作用。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：包括内部检漏组件、外部检漏组件、多层波纹管、端管、铠装环、可拆卸套箍、套管和挡板；

所述内部检漏组件包括内部检漏管，所述内部检漏管的外径为d，内部检漏管的壁厚为h；

所述多层波纹管是由波纹段和对称设置在所述波纹段长度两侧的直边段固定而成的一整体结构，且所述直边段均与所述波纹段的波谷底部处于同一直线上；

所述端管对称设置在所述多层波纹管的延伸两侧处，在所述端管靠近多层波纹管的一侧外壁顶部凹进形成一容纳区用于刚好容纳所述多层波纹管的直边段，并将直边段端部焊接在所述容纳区尾部，使得所述直边段的外径与端管的外径齐平；

所述直边段上贴紧所述端管的一层为内层，剩余其他层为外层，在所述直边段的外层的最内一层上开设有直径为d1的第一信号孔，且d1<d，在所述直边段的其余外层上均开设有直径为d2的第二信号孔，所述第二信号孔与所述第一信号孔同心设置，且d2>d，所述内部检漏管底部对准第二信号孔推进使得内部检漏管垂直于直边段，且内部检漏管与第一信号孔同心，内部检漏管的底面与所述外层的最内一层的外壁采用角焊缝连接；

所述铠装环设置在多层波纹管的两侧直边段上，铠装杯为一整体结构，包括下部连接段，所述下部连接段的长度小于所述直边段的长度，将下部连接段设置在所述直边段上并贴紧在所述波纹段的波谷设置处；

所述可拆卸套箍可拆卸安装在所述端管和所述直边段上的相交处，使得该可拆卸套箍完全覆盖所述直边段和容纳区的焊缝，可拆卸套箍是由多瓣可拆卸套箍通过连接耳板和螺栓紧固件连接而成，且其内部具有一直径为d3的引出孔，且d<d3<d2，所述引出孔内设有所述内部检漏管，且内部检漏管与引出孔之间的径向间隙为p；

所述套管与所述内部检漏管同心设置，并将套管套设在所述内部检漏管的外侧，使得内部检漏管的顶面延伸出所述套管，且套管的底面密封焊接在所述可拆卸套箍的顶壁上，套管的顶部与内部检漏管之间密封连接，套管的直径为d4，则d4>=d3；

所述挡板为一直角板结构，包括互相垂直的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部的延伸侧底部采用圆弧过渡，将所述第一连接部的延伸侧与所述铠装杯焊接、将第二连接部的延伸侧与所述端管焊接，且所述挡板与所述可拆卸套箍之间留有间隙；

所述外部检漏组件包括外部检漏管，在所述可拆卸套箍的内表面位于内部检漏管外部处加工有一环形密封槽，所述环形密封槽内放置有一环形密封圈，使所述套管内部形成一个密封腔，则在所述套管上一侧开设有外层检漏口，在所述外层检漏口处密封固定外部检漏管，且所述外部检漏管的延伸端、以及内部检漏管的顶面上均安装有报警器，用于检测多层波纹管的内层以及外层的最内一层或最外一层是否泄漏。

2.根据权利要求1所述的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：所述多层波纹管的层数为n，且2≤n≤5，每层多层波纹管的壁厚为t，且1mm≤t≤5mm，多层波纹管的总厚度为n*t，且2mm≤n*t≤10mm。

3.根据权利要求1所述的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：所述容纳区的长度不小于所述直边段的长度。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：所述波纹段的每一波谷处均还设有一加强环，且所述加强环与波纹段的相接处为弧形结构。

5.根据权利要求1所述的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：所述p的取值范围为0.5~1mm，且d1=d-2*h，d2=d+2倍的焊脚尺寸+2~3mm。

6.根据权利要求1或5所述的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：所述可拆卸套箍与铠装环之间留有1~2mm的空隙。

7.根据权利要求1所述的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：还包括一密封环，所述密封环为一环形板结构，将所述密封环密封设置在所述内部检漏管上位于所述套管的顶面处。

8.根据权利要求1所述的一种具有双报警装置的高压多层波纹膨胀节，其特征在于：所述铠装杯为7字形结构体或L形结构体或Z形结构体。

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