CN210660503U - 一种空压机余热多级回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空压机余热多级回收利用系统，包括空气压缩机，第一板式换热器，第二板式换热器，第一级水箱，第二级水箱，所述空气压缩机的机油输出端与第一板式换热器的机油输入端连通，所述第一板式换热器的机油输出端与第二板式换热器的机油输入端连通，所述空气压缩机的机油输入端与第二板式换热器的机油输出端连通，所述第一级水箱与第一板式换热器连通，所述第二级水箱与第二板式换热器连通，所述第一级水箱与第二级水箱通过管道连通；本实用新型结构简单、合理，节能效果好，废热回收利用率高，多级换热的方式，保证了空气压缩机机油的使用温度，也加快了换热效率，在热水的传输过程中能够更好的保证水温不受外环境的影响。

Description

一种空压机余热多级回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及余热回收利用技术领域，具体涉及一种空压机余热多级回收利用系统。

背景技术

随着我国优化能源结构，推进节能减排政策，各种节能装置与节能方式层出不穷，就空压机而言，我国的空气压缩机行业的市场规模均为8％以上的增速增长，2010-2011年增长率甚至超过了28％，市场规模扩张迅速；

空气压缩机是一种用以压缩气体的设备，空气压缩机与水泵构造类似；

空气压缩机对工矿企业来说是一种必不可少的大转矩、高能耗动力设备，其输入功率除一部分转换成压缩空气的势能外，另一部分能量则以废热的形式排放到周边环境而白白浪费，空压机机油在空压机运行时可以起到润滑、密封等重要作用，对于大多数空压机而言，机油的最佳工作温度范围为75～95℃，为了空压机保证正常运行，需要采用风冷或水冷的方式为机油降温，这进一步增加了空压机的能耗，因此，空压机机油废热的回收利用就显得尤为重要；

空压机工作原理：电动机带动空压机内螺杆旋转，螺杆为一端粗、螺纹间隙大，向机头部位逐渐变细、螺纹间隙减小的特殊结构，油气混合物通过螺杆被压缩，产生高压高温油气混合体，再进入油气分离器。油气混合体被分离成油和气后，压缩空气经散热后供给用户，而循环油被分离后进入板式换热器降温，凝结成液态后又回到压缩机，重复循环利用；

然而现有的空压机废热回收系统存在以下问题：

1.现有空压机废热回收系统的结构设计较为简单，其废热回收利用率低，且此类系统在使用过程中会对空压机本身造成损害，废热回收装置的结垢速率较快，这会严重影响空压机废热回收系统的节能效果；

2.在冬季，虽然现有的空压机废热回收系统可以将空压机产生的废热回收，为员工淋浴或者产品清洗提供热水，但是在热水传递过程中无法保证热水的输出温度与设定温度相同，管道的保温性不好，即热水在传输过程中会有大部分的热量与传输管道外的冷空气进行交换，从而使得热水的温度降低，影响淋浴者的体验感以及降低热水对需清洗产品上污垢的溶解性；

3.空压机出口温度最高，一般最高达到120℃，有的达到170～180℃，温度过低时，油会发生乳化，油温过高时，油容易结焦，对于大多数空压机而言，机油的最佳工作温度范围为75～95℃，现有的空压机废热回收系统，侧重点是利用空压机的废热对水进行加热,却忽视了机油的最佳工作温度范围，导致机油的温度不够或者太高，从而影响空压机的正常运行；

4.现有的换热方式是仅设置一级换热循环水箱，由于换热仅是在一个循环水箱中进行，在接触面积恒定的情况下，由于传热速率＝传热推动力(温度差)/传热热阻，故随着水温的升高，油温与水温之间的温差减小，导致换热速率降低，从而机油的影响换热效率。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型公开了一种空压机余热多级回收利用系统，本实用新型结构设计简单、合理，节能效果好，废热回收利用率高，本实用新型的废热利用端可根据企业用热需求的不同做出调整，适用范围更广，不仅可以为企业减少能源支出，还可大大降低空压机冷却系统的运行和检修成本以及相应的人力支出，具有显著的经济效益，本实用新型仅需在用户空压机正常运行状态下开启并设定产水温度即可全自动运行，无需专人值守，最重要的是，本实用新型不仅很好地解决了以往此类系统在启停时会造成空压机机油温度突变的问题，还大大降低了废热回收装置的结垢速率，大大延长了检修时间间隔，节能效果更明显，并且多级换热的方式，不仅保证了空气压缩机机油的使用温度，也加快了换热效率，并且在热水的传输过程中能够更好的保证水温不受外环境的影响，保证了热水的使用温度。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种空压机余热多级回收利用系统，包括空气压缩机，第一板式换热器，第二板式换热器，第一级水箱，第二级水箱，所述空气压缩机的机油输出端通过第一油管与所述第一板式换热器的机油输入端连通，所述第一板式换热器的冷水输入端通过第一水管与所述第一级水箱的冷水输出端连通，所述第一板式换热器的机油输出端通过第二油管与所述第二板式换热器的机油输入端连通，所述第一板式换热器的热水输出端通过第二水管与所述第一级水箱的热水输入端连通，所述第一级水箱的热水输出端通过第五水管与所述第二级水箱的第一热水输入端连通，所述第二板式换热器的机油输出端通过第四油管与所述空气压缩机的机油输入端连通，所述第二板式换热器的热水输入端通过第四水管与所述第二级水箱的第一热水输出端连通，所述第二板式换热器的热水输出端通过第三水管与所述第二级水箱的第二热水输入端连通，所述第一级水箱的补水口连通补水管，所述第二级水箱的第二热水输出端通过第六水管将热水输出；

所述第一油管与所述第四油管通过第三油管连通，所述第三油管上设置有气动阀；

所述第一水管、第四水管、补水管和第五水管上设置分别有第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；

所述第二水管和第三水管上分别设置有第一循环水泵、第二循环水泵；

所述第二水管、第三水管、第五水管和第六水管均采用聚氨酯发泡管。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第一级水箱中设置有第一液位传感器和第一温度传感器，所述第二级水箱中设置有第二液位传感器和第二温度传感器。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀均为常闭电磁阀。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第一循环水泵的输出端与第一级水箱的热水输入端之间还连接有第五电磁阀，所述第五电磁阀为常开电磁阀。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第二循环水泵的输出端与第二级水箱的第二热水输入端之间还连接有第六电磁阀，所述第六电磁阀为常开电磁阀。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型结构设计简单、合理，节能效果好，废热回收利用率高。

2、本实用新型的废热利用端可根据企业用热需求的不同做出调整，适用范围更广，不仅可以为企业减少能源支出，还可大大降低空压机冷却系统的运行和检修成本以及相应的人力支出，具有显著的经济效益。

3、本实用新型仅需在用户空压机正常运行状态下开启并设定产水温度即可全自动运行，无需专人值守，最重要的是，本实用新型不仅很好地解决了以往此类系统在启停时会造成空压机机油温度突变的问题，还大大降低了废热回收装置的结垢速率，大大延长了检修时间间隔，节能效果更明显；

4、本实用新型采用多级换热的方式，不仅保证了空气压缩机机油的使用温度，也加快了换热效率；

5、在热水的传输过程中，本实用新型能够更好的保证水温不受外环境的影响，保证了热水的使用温度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一种空压机余热多级回收利用系统整体示意图；

图2为一种空压机余热多级回收利用系统中的液体流向示意图；

图3为一种空压机余热多级回收利用系统的使用示意图。

图中标记：1-空气压缩机，2-第一板式换热器，3-第二板式换热器，4-第一级水箱，5-第二级水箱，6-第一储水箱，7-第二储水箱，8-淋浴间，9-生产车间，101-第一油管，102-第二油管，103-第三油管，104-第四油管，201-第一水管，202-第二水管，301-第三水管，302- 第四水管，401-补水管，402-第五水管，501-第六水管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例是一种空压机余热多级回收利用系统的结构，如图1所示，包括空气压缩机1，第一板式换热器2，第二板式换热器3，第一级水箱4，第二级水箱5，所述空气压缩机1的机油输出端通过第一油管101与所述第一板式换热器2的机油输入端连通，所述第一板式换热器2的冷水输入端通过第一水管201与所述第一级水箱4的冷水输出端连通，所述第一板式换热器2的机油输出端通过第二油管102与所述第二板式换热器3的机油输入端连通，所述第一板式换热器2的热水输出端通过第二水管202与所述第一级水箱4的热水输入端连通，所述第一级水箱4的热水输出端通过第五水管402与所述第二级水箱5的第一热水输入端连通，所述第二板式换热器3的机油输出端通过第四油管104与所述空气压缩机1的机油输入端连通，所述第二板式换热器3的热水输入端通过第四水管302与所述第二级水箱5的第一热水输出端连通，所述第二板式换热器3的热水输出端通过第三水管301与所述第二级水箱 5的第二热水输入端连通，所述第一级水箱4的补水口连通补水管401，所述第二级水箱5的第二热水输出端通过第六水管501将热水输出，所述第一油管101与所述第四油管104通过第三油管103连通，所述第三油管103上设置有气动阀，所述气动阀与废热回收装置的所述第一循环水泵的运行状态有关，当所述第一循环水泵运行时，所述气动阀关闭；当所述第一循环水泵停止时，所述气动阀打开，所述气动阀的作用是减少空压机的机油油压损失，当所述气动阀关闭时，空压机的机油通过所述第一油管101输送至所述第一板式换热器2中进行热交换，将油热传递到水中，油温降低，水温升高，经过所述第一板式换热器2与所述第二板式换热器3热后，空压机的机油油温已经降低，无须再通过空压机本身的冷却系统进行降温，可以直接回到空压机的机头继续压缩生产压缩空气，如果空压机废热回收利用系统没有所述气动阀，当系统停止运行时，空压机的机油就必须经过所述第一板式换热器2再回到空压机，然后再经过空压机本身的冷却系统进行降温，最后回到空压机的机头生产压缩空气，这会造成空压机机油的油压损失过大，回到空压机机头的机油流量大幅降低，不仅会增大机头磨损，还会使螺杆密封性降低，进而影响压缩空气的产气量，此不良影响最直观的体现就是当空压机废热回收利用系统停止运行时空压机会出现油温高跳现象，增加所述气动阀可以大大减小空压机机油在板式换热器中的油压损失和机油循环侧的管道沿程阻力，消除空压机在废热回收利用系统停止运行时的油温高跳现象，通过在空压机温控阀前端油管上安装压力表进行油压测量可知，此气动阀可以减小80％的机油油压损失；

所述第一水管201、第四水管302、补水管401和第五水管402上设置分别有第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀，所述第二水管202和第三水管301上分别设置有第一循环水泵、第二循环水泵，所述第二水管202、第三水管301、第五水管402和第六水管501 均采用聚氨酯发泡管；

其中，所述第一级水箱4中设置有第一液位传感器和第一温度传感器，所述第二级水箱5 中设置有第二液位传感器和第二温度传感器；

进一步地，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀均为常闭电磁阀，所述第一循环水泵的输出端与第一级水箱4的热水输入端之间还连接有第五电磁阀，所述第五电磁阀为常开电磁阀；

作为优选地，所述第二循环水泵的输出端与第二级水箱5的第二热水输入端之间还连接有第六电磁阀，所述第六电磁阀为常开电磁阀；

所述第一电磁阀与所述第一级循环水泵的运行状态有关，当所述第一循环水泵运行时，所述电磁阀通电打开；当所述循环水泵停止时，所述第一电磁阀失电关闭，阻断所述第一级循环水箱中的水进入所述第一板式换热器2，所述第二电磁阀与所述第二循环水泵的关系和所述第一电磁阀与第一循环水泵的关系相同，故不再赘述；所述第一电磁阀与所述第二电磁阀的作用是当所述第一循环水泵与所述第二循环水泵停止运行时将所述第一板式换热器2与所述第二板式换热器3中的积水排空，以免积水在所述空气压缩机1机油的加热作用下在所述第一板式换热器2和所述第二板式换热器3内形成水垢，影响热交换效率，甚至水垢会将所述第一板式换热器2与所述第二板式换热器3堵死，造成所述第一板式换热器2与所述第二板式换热器3报废；

自动化控制系统，所述余热回收系统采用PLC可编程控制器单独全自动控制，程序软件采用参数可输入式模块化设计，水温可以根据使用情况设定，调节范围在45-80℃，达到设定温度，余热回收系统自动停止运转，并切换到普通冷却模式以保证所述空气压缩机1正常运转，所述第一循环水泵与所述第二循环水泵故障可自动切换，水泵电机缺相有过热保护，并且整个系统具有自动诊断故障与报警功能，所述第一储水箱6与所述第二储水箱7水量不足将在淋浴间8自动报警提醒洗澡者热水不足；

所述第一板式换热器2与所述第二板式换热器3采用阿法拉伐板式换热器，确保使用年限大于10年，采用316L不锈钢材质，强度高，抗腐蚀能力强，换热面积大，通道压降低，换热能力高，并且采用同程截流反串设计，可提高热回收率1.8-2倍，换热器层间蜂窝结构，减小层间压力以及因材料应力给结构带来的影响，换热器工质流道界面大，油阻小，不会增加空压机的输入功率，不会造成热水机组停机后，空压机因油温高跳而故障；

所述第一级水箱4、第二级水箱5均采用双层保温水箱；

如图2所示，整个装置的工作过程如下，图中箭头为液体流向：

第一级换热：

所述空气压缩机1排出的高温机油在所述第一板式换热器2中与所述第一级水箱4通入所述第一板式换热器2中的冷水进行换热，当所述第一级水箱4中的所述第一温度传感器检测到水温高于70℃时，所述第五水管402上的所述第四电磁阀得电打开，将所述第一级水箱 4中的水由水泵泵入所述第二级水箱5，此时所述第一级水箱4中的所述第一液位传感器检测到水位下降到设定水位以下时，所述补水管401上的所述第三电磁阀得电打开，所述第四电磁阀失电关闭，所述第五水管402内不再有水流入所述第二级水箱5，补水箱的水泵将冷水从所述补水管401泵入所述第一级水箱4，重复第一级换热过程；

第二级换热：

所述第二级水箱5中热水通过所述第四水管302通入所述第二板式换热器3，与所述第二油管102通入所述第二板式换热器3中的初冷油进行热交换，此过程中，所述第二温度传感器可以检测到所述第二级水箱5中水的温度变化，当温度继续升高时，说明机油换热不充分，机油在所述一级换热板中的换热没有达到预计冷却效果，在温度达到90℃时，所述第二级水箱5将其中的热水通过所述第六水管501排出，当温度低于60℃时，说明机油失热过多，应停止继续换热，所述第二级水箱5与第一级水箱4连通，并且将水从所述第六水管501排出，此时，停止换热；

从而，实现采用多级换热的方式，不仅保证了空气压缩机1机油的使用温度，也加快了换热效率；

如图3所示，所述第六水管501连通有第一储水箱6和第二储水箱7，所述第一储水箱6 为48吨储水箱，所述第二储水箱7为吨储水箱，所述第一储水箱6和所述第二储水箱7内部均安装有液位传感器，所述第一储水箱6的输出端连接至淋浴间8，所述第二储水箱7的输出端连接至生产车间9；

所述第一储水箱6的输入端与并联的第一止回阀和第二止回阀之间连接有第七电磁阀，所述第二储水箱7的输入端与并联的第三止回阀和第四止回阀输出端之间连接有第八电磁阀，所述第七电磁阀和第八电磁阀均为常开电磁阀且它们的开闭与液位高低有关，当所述第一储水箱6或所述第二储水箱7中的液位低于所设定的停止液位时，对应的第七电磁阀或第八电磁阀失电打开，对应的热水输送泵可不断地往所述第一储水箱6或所述第二储水箱7注水，当所述第一储水箱6或所述第二储水箱7中的液位高于所设定的停止液位时，对应的第七电磁阀或第八电磁阀通电关闭，热水输送泵停止向所述第一储水箱6或第二储水箱7注水。

所述第一储水箱6或所述第二储水箱7中的液位传感器和所述第二级循环水箱中的液位传感器不同，所述第一储水箱6或所述第二储水箱7中的液位传感器实际上是一个浮球开关，它可以根据液位的高低来控制电控箱中继电器的通断，从而控制第七电磁阀和第八电磁阀的开闭，进而控制热水输送泵是否继续输送热水：当所述第一储水箱6或所述第二储水箱7水满，与之相应的第七电磁阀或第八电磁阀关闭，但此时热水输送泵仅停止向满水的储水箱注水但不会停止供水，只有当所述第一储水箱6和所述第二储水箱7的水均满时，才会将满水的电信号传递到空压机废热回收利用系统的控制部分，热水输送泵将停止运行，循环水泵也将在所述第二级循环水箱中液位达到高点且水温达到设定温度后停止运行，上述各电磁阀和气动阀会做出相应动作，热交换也将停止；

本实用新型预计带来如下节能效益：

已知将1吨水从15℃加热到65℃，使用燃气锅炉所需费用(元/t)＝水焓×密度÷燃烧热值÷锅炉热效率×天然气价格；

天然气锅炉产热水参数是：水焓为209.85(KJ/Kg)，密度为1000(KJ/m³)，燃烧热值为 38150(KJ/m³)，锅炉热效率为82％；

某公司提供的天然气价格为2.8元/m³，将上述参数代入公式可得贵公司燃气锅炉所需费用＝209.85kJ/kg×1000kg/m3÷38150kJ/m³÷0.82×2.8元/m³＝18元/吨，同样产180t热水，日耗天然气费＝180吨×18元/吨＝3240元，年耗天然气费＝3240元/天×300天＝97.2万元；

若某公司每天实际用水量远低于180t，根据某公司燃气锅炉实际使用仅满足员工淋浴用水所需费用1.6万m³/月计算，一年花费大约53.76万元；

综合经济效益：

(1)某公司员工淋浴用水量＝1300人×80L/人＝104t。余热回收可产水量≥120t，完全可满足需要，按每天用热水100t，每年可节约54万元；

(2)实际每天利用功率600kW，因降温效应提高产气量4％所带来的功效增量为133.4 kW·h/天，每年因此节电40020度，约合2万元；

(3)使用余热回收系统后，减少了空压机自身冷却系统的使用，改善了运行工况。按热能利用量计算，原冷却系统散热器运行减少80％左右，3台空压机每天将减少散热功耗～200 kW·h，节约运行费用至少100元，每年节能费用达30000元，余热回收系统总功率～1.6kW，每天耗能38.4kW·h，年能耗花费15000元。因此，年节约花费＝30000-15000＝15000元；

(4)累计节能效益＝54+2+1.5万元/年＝57.5万元/年；

从而，本实用新型具有结构设计简单、合理，节能效果好，废热回收利用率高，本实用新型的废热利用端可根据企业用热需求的不同做出调整，适用范围更广，不仅可以为企业减少能源支出，还可大大降低空压机冷却系统的运行和检修成本以及相应的人力支出，具有显著的经济效益，本实用新型仅需在用户空压机正常运行状态下开启并设定产水温度即可全自动运行，无需专人值守，最重要的是，本实用新型不仅很好地解决了以往此类系统在启停时会造成空压机机油温度突变的问题，还大大降低了废热回收装置的结垢速率，大大延长了检修时间间隔，节能效果更明显，并且多级换热的方式，不仅保证了空气压缩机1机油的使用温度，也加快了换热效率，并且在热水的传输过程中能够更好的保证水温不受外环境的影响，保证了热水的使用温度的有益效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种空压机余热多级回收利用系统，其特征在于：包括空气压缩机(1)，第一板式换热器(2)，第二板式换热器(3)，第一级水箱(4)，第二级水箱(5)，所述空气压缩机(1)的机油输出端通过第一油管(101)与所述第一板式换热器(2)的机油输入端连通，所述第一板式换热器(2)的冷水输入端通过第一水管(201)与所述第一级水箱(4)的冷水输出端连通，所述第一板式换热器(2)的机油输出端通过第二油管(102)与所述第二板式换热器(3)的机油输入端连通，所述第一板式换热器(2)的热水输出端通过第二水管(202)与所述第一级水箱(4)的热水输入端连通，所述第一级水箱(4)的热水输出端通过第五水管(402)与所述第二级水箱(5)的第一热水输入端连通，所述第二板式换热器(3)的机油输出端通过第四油管(104)与所述空气压缩机(1)的机油输入端连通，所述第二板式换热器(3)的热水输入端通过第四水管(302)与所述第二级水箱(5)的第一热水输出端连通，所述第二板式换热器(3)的热水输出端通过第三水管(301)与所述第二级水箱(5)的第二热水输入端连通，所述第一级水箱(4)的补水口连通补水管(401)，所述第二级水箱(5)的第二热水输出端通过第六水管(501)将热水输出；

所述第一油管(101)与所述第四油管(104)通过第三油管(103)连通，所述第三油管(103)上设置有气动阀；

所述第一水管(201)、第四水管(302)、补水管(401)和第五水管(402)上设置分别有第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；

所述第二水管(202)和第三水管(301)上分别设置有第一循环水泵、第二循环水泵；

所述第二水管(202)、第三水管(301)、第五水管(402)和第六水管(501)均采用聚氨酯发泡管。

2.如权利要求1所述的一种空压机余热多级回收利用系统，其特征在于：所述第一级水箱(4)中设置有第一液位传感器和第一温度传感器，所述第二级水箱(5)中设置有第二液位传感器和第二温度传感器。

3.如权利要求1所述的一种空压机余热多级回收利用系统，其特征在于：所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀均为常闭电磁阀。

4.如权利要求1所述的一种空压机余热多级回收利用系统，其特征在于：所述第一循环水泵的输出端与第一级水箱(4)的热水输入端之间还连接有第五电磁阀，所述第五电磁阀为常开电磁阀。

5.如权利要求1所述的一种空压机余热多级回收利用系统，其特征在于：所述第二循环水泵的输出端与第二级水箱(5)的第二热水输入端之间还连接有第六电磁阀，所述第六电磁阀为常开电磁阀。

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