ES2902015T3 - Cold supply installation, coupled to the regasification device of a liquefied natural gas terminal - Google Patents
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Abstract
Instalación de suministro de frío, que puede ser acoplada al dispositivo de regasificación de una terminal de gas natural licuado, para aprovechar la potencia frigorífica de alto valor disponible allí a un nivel de temperatura bajo durante la regasificación de GNL, caracterizada porque, entre una entrada de GNL (3) y un punto de demanda de frío (2), están dispuestos los siguientes componentes funcionalmente esenciales que están en unión activa entre sí, en concreto, un condensador de medio intermedio (5), un evaporador de medio intermedio (4), un colector y separador de portador de frío (9) para condensado de portador de frío (10) y vapor saturado de portador de frío (11), una instalación frigorífica de sustitución (6), una bomba de portador de frío (7), una válvula de mariposa de GNL (16) y un control de instalación (20) asistido por computadora, que, utilizando propano como medio intermedio (12), actúan en conjunto de tal forma que el líquido de portador de frío (1) subenfriado puede hacerse circular, por medio de la bomba de portador de frío (7), en un circuito cerrado, constituido por tuberías (8) bien aisladas, enfriándose en el evaporador de medio intermedio (4) a hasta -50 °C emitiendo calor al medio intermedio (12), después, llega en estado subenfriado al punto de demanda de frío (2), dado el caso, alejado, que ha de ser abastecido, para calentarse aquí por absorción de calor, lo que corresponde a la potencia frigorífica, hasta cerca del estado de ebullición y, a continuación, poder ser conducido a un colector y separador de portador de frío (9), en el que se alcanza finalmente el equilibrio de fase entre el condensado de portador de frío (10) y el vapor saturado de portador de frío (11), volviendo a ser conducido el condensado de portador de frío (10) como flujo de retorno al evaporador de medio intermedio (4), en el que el calor es absorbido por el medio intermedio (12) que se evapora aquí, que en circulación natural llega entones al condensador de medio intermedio (5) y allí se condensa transfiriendo el calor al GNL que ha de ser regasificado, porque además, se consigue la seguridad de suministro, en concreto, con la ayuda de la técnica de regulación que impide el rebase por defecto de la temperatura mínima admisible del portador de frío, y adicionalmente con la ayuda de la instalación de frío de sustitución (6) acoplada al colector y separador de portador de frío (9), que impide un aumento de presión inadmisible en el circuito de portador de frío, causado por la interrupción del caudal de GNL (3) y/o por el suministro de calor en el punto de demanda de frío (2), que excede límites previstos.Cold supply installation, which can be coupled to the regasification device of a liquefied natural gas terminal, to take advantage of the high-value refrigeration capacity available there at a low temperature level during LNG regasification, characterized in that, between an inlet (3) and a cold demand point (2), the following functionally essential components are arranged that are in active union with each other, namely, an intermediate medium condenser (5), an intermediate medium evaporator (4 ), a cold carrier collector and separator (9) for cold carrier condensate (10) and cold carrier saturated steam (11), a replacement refrigeration plant (6), a cold carrier pump (7 ), an LNG butterfly valve (16) and a computer-assisted installation control (20), which, using propane as intermediate medium (12), act together in such a way that the cold carrier liquid (1) subcooled can be circulated, by means of the cold carrier pump (7), in a closed circuit, consisting of well-insulated pipes (8), cooling in the intermediate medium evaporator (4) to -50 °C, emitting heat to the medium (12) then arrives in a subcooled state at the cold demand point (2), which may be further away, which has to be supplied, to be heated here by heat absorption, which corresponds to the cooling capacity, up to close to the boiling state and then able to be led to a cold carrier collector and separator (9), where phase equilibrium between cold carrier condensate (10) and saturated steam is finally reached carrier (11), the cold carrier condensate (10) being led back as a return flow to the intermediate medium evaporator (4), where the heat is absorbed by the intermediate medium (12) which is evaporates here, which in natural circulation then reaches the condenser of medium i Intermediate (5) and there it condenses, transferring the heat to the LNG that has to be regasified, because in addition, security of supply is achieved, specifically, with the help of the regulation technique that prevents the minimum temperature from being exceeded by default. permissible pressure of the cold carrier, and additionally with the help of the replacement cold installation (6) coupled to the cold carrier manifold and separator (9), which prevents an inadmissible pressure increase in the cold carrier circuit, caused due to the interruption of the LNG flow (3) and/or due to the supply of heat at the cold demand point (2), which exceeds the established limits.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Instalación de suministro de frío, acoplada al dispositivo de regasificación de una terminal de gas natural licuado Campo de aplicaciónCold supply installation, coupled to the regasification device of a liquefied natural gas terminal Field of application
La invención se refiere a una instalación para el suministro de frío, que está acoplado al dispositivo de regasificación de GNL (Gas Natural Licuado) de una terminal de GNL y que aprovecha la potencia frigorífica de alta calidad y de baja temperatura, disponible aquí.The invention refers to an installation for the supply of cold, which is coupled to the LNG (Liquefied Natural Gas) regasification device of an LNG terminal and which takes advantage of the high-quality, low-temperature refrigeration capacity available here.
La puesta a disposición de potencias frigoríficas correspondientemente grandes en puntos de demanda tanto cercanos como lejanos y ramificados se realiza con ahorro de energía, ahorro de costes y con seguridad de suministro.The provision of correspondingly large cooling capacities at both near and far and branched demand points is carried out with energy savings, cost savings and security of supply.
Estado de la técnicaState of the art
El gas natural se puede convertir de la fase gaseosa a la líquida bajo presión atmosférica después del enfriamiento a -162 °C y la evacuación subsiguiente del calor de condensación. Esto conlleva la reducción del volumen a seis centésimas del valor dado a 1,013 bar y 15 °C. Por tanto, el gas natural licuado puede almacenarse de manera atractiva y transportarse a grandes distancias. La cadena de proceso tanto costosa como generadora de valor que se puede realizar abarca desde el transporte y el procesamiento, pasando por la licuefacción, el almacenamiento, transporte de larga distancia con buques cisterna, de nuevo el almacenamiento en grandes depósitos y de nuevo el transporte al usuario.Natural gas can be converted from the gaseous to the liquid phase under atmospheric pressure after cooling to -162°C and subsequent removal of the heat of condensation. This entails the reduction of the volume to six hundredths of the value given at 1.013 bar and 15 °C. Therefore, liquefied natural gas can be attractively stored and transported over long distances. The costly and value-generating process chain that can be carried out ranges from transport and processing, through liquefaction, storage, long-distance transport with tankers, again storage in large warehouses and again transport. to user.
La finalización consiste en la regasificación que en el ámbito de los grandes depósitos se produce en las llamadas terminales, o en la ubicación del usuario en llamadas instalaciones satélite.Completion consists of regasification, which in the area of large deposits occurs in so-called terminals, or at the location of the user in so-called satellite installations.
El calor que durante la regasificación del GNL ha de ser suministrado a un bajo nivel de temperatura tiene un alto potencial exergético que puede ser aprovechado como potencia frigorífica, pero que permanece casi completamente desaprovechado a nivel mundial.The heat that must be supplied at a low temperature level during LNG regasification has a high exergetic potential that can be used as cooling power, but remains almost completely unused worldwide.
El calor requerido para la regasificación en las instalaciones satélite que almacenan cantidades de GNL relativamente pequeñas se obtiene del aire ambiente y las grandes terminales utilizan agua de mar como fuente de calor, a menudo incluso añaden como apoyo una combustión de gas natural despilfarrando energía, con la ayuda de quemadores sumergidos. Cabe mencionar dos razones para este estado de la técnica que no tiene en cuenta el potencial de frío.The heat required for regasification at satellite facilities that store relatively small amounts of LNG is obtained from ambient air, and large terminals use seawater as a heat source, often even adding energy-wasting natural gas combustion as support, with the help of submerged burners. Two reasons should be mentioned for this state of the art which does not take into account the potential for cold.
Primero: en vista de la enorme energía de combustible disponible con el GNL, no se tiene en cuenta la potencia frigorífica disponible adicionalmente, cuyo alcance energético es claramente menor. Sin embargo, esta relativización es despreciable, porque visto en términos absolutos es evidente que existe una gran demanda a nivel mundial de potencia frigorífica de alta calidad, cuya generación actual que se realiza con la ayuda de energía eléctrica con impacto ambiental y de recursos, puede ser sustituida con costos claramente más bajos.First: in view of the enormous fuel energy available with LNG, the additionally available cooling capacity, whose energy scope is clearly smaller, is not taken into account. However, this relativization is negligible, because seen in absolute terms it is evident that there is a great demand worldwide for high-quality cooling capacity, whose current generation, which is carried out with the help of electrical energy with an environmental and resource impact, can be replaced with clearly lower costs.
Segundo: un desacoplamiento de potencia frigorífica que en la regasificación de GNL parte de un nivel de temperatura de -162 °C exige unos elevados requisitos en cuanto al portador de frío que por una parte debe transmitir altas potencias frigoríficas generalmente a través de largas distancias y, por otra parte, debe resistir a las bajas temperaturas sin pasar del estado físico líquido al sólido.Second: a decoupling of cooling capacity, which in LNG regasification starts from a temperature level of -162 °C, places high demands on the cold carrier, which, on the one hand, must transmit high cooling capacities generally over long distances and , on the other hand, must resist low temperatures without passing from the liquid to the solid physical state.
La superación de estas restricciones es el objetivo de la presente invención, que recurriendo a soluciones detalladas disponibles se refiere a una instalación de suministro de frío que, junto con la regasificación de una gran terminal de GNL, proporciona de una manera innovadora potencia frigorífica de alta calidad, con ahorro de energía, ahorro de costes y seguridad de suministro.Overcoming these restrictions is the objective of the present invention, which, using detailed available solutions, relates to a cold supply installation that, together with the regasification of a large LNG terminal, provides high-capacity refrigeration capacity in an innovative way. quality, with energy savings, cost savings and security of supply.
El peligro de que en los dispositivos de regasificación de GNL de grandes terminales, el flujo de sustancia emisora de calor se enfríe hasta la solidificación en contacto con el GNL, ha llevado al uso de un medio intermedio, es decir, un llamado "vaporizador de tipo fluido intermedio" en el que el calor es transmitido inicialmente a modo de cascada a un fluido que, por una parte, está ajustado a una temperatura más baja que la fuente de calor y, por otra parte, está muy alejado de la formación de una fase sólida al enfriarse hasta cerca de la temperatura del GNL.The danger that in large terminal LNG regasification devices, the flow of heat-emitting substance cools to solidification in contact with LNG, has led to the use of an intermediate means, i.e. a so-called "gas vaporizer". intermediate fluid type" in which the heat is initially transferred as a cascade to a fluid which, on the one hand, is adjusted to a lower temperature than the heat source and, on the other hand, is far removed from the formation of a solid phase on cooling to near the temperature of LNG.
Este es el estado de la técnica que está documentado en numerosas publicaciones de patentes, por ejemplo en el documento EP0048316A "Verfahren und Anlage zur Rückverdampfung von flüssigem Erdgas" y en el documento US6367429 "Intermediate fluid type vaporizer", recomiéndose como medio intermedio recomendado el propano, que en circulación natural transmite el calor de regasificación. En todas las invenciones publicadas, la técnica representada se refiere a un desarrollo con una antigüedad de más de 40 años y publicado bajo el documento US4170115A "Apparatus and process for vaporizing liquefied natural gas". This is the state of the art that is documented in numerous patent publications, for example in the document EP0048316A "Verfahren und Anlage zur Rückverdampfung von flüssigem Erdgas" and in the document US6367429 "Intermediate fluid type vaporizer", the recommended intermediate being the propane, which in natural circulation transmits the regasification heat. In all published inventions, the represented art refers to a development over 40 years old and published under US4170115A "Apparatus and process for vaporizing liquefied natural gas".
Además, todas las publicaciones tienen en común que se limitan a la regasificación usando agua de mar como fuente de calor, mientras que no se tiene en cuenta el posible aprovechamiento de la potencia frigorífica disponible. Una excepción, a saber, una solución eficaz para la recuperación de frío en la regasificación de líquidos criogénicos, como el gas natural licuado (GNL), el nitrógeno licuado (NL2) o el oxígeno licuado (OL2), se indica en el modelo de utilidad alemán DE202015008836 y al mismo tiempo en la publicación para información de solicitud de patente alemana “Verfahren und Warmeaustauscher zur Rückgewinnung von Kalte bei der Regasifizierung tiefkalter Füssigkeiten”. Sin embargo, se refiere solo a bajas potencias de hasta 100 kW, como las que están disponibles, por ejemplo, en instalaciones satélite. Se propone transferir el frío del líquido criogénico primero a un medio intermedio, en concreto, propano, y luego de este a un portador de frío líquido. El portador de frío empleado permanece sin cambio de fase hasta un nivel de temperatura de hasta -60 °C. Por lo tanto, se puede bombear de manera segura. La transferencia de calor se realiza por evaporación y condensación sin el uso de una bomba en circulación natural en un intercambiador de calor con características de construcción especiales.In addition, all the publications have in common that they are limited to regasification using seawater as a heat source, while the possible use of the available cooling capacity is not taken into account. An exception, namely an effective solution for cold recovery in the regasification of cryogenic liquids, such as liquefied natural gas (LNG), liquefied nitrogen (NL2) or liquefied oxygen (OL2), is indicated in the model of German utility DE202015008836 and at the same time in the publication for German patent application information "Verfahren und Warmeaustauscher zur Rückgewinnung von Kalte bei der Regasifizierung tiefkalter Füssigkeiten". However, it refers only to low powers of up to 100 kW, such as those available, for example, in satellite installations. It is proposed to transfer the cold from the cryogenic liquid first to an intermediate medium, namely propane, and then from this to a liquid cold carrier. The cold carrier used remains without phase change down to a temperature level of -60 °C. Therefore, it can be safely pumped. Heat transfer is carried out by evaporation and condensation without the use of a pump in natural circulation in a heat exchanger with special construction features.
La temperatura del medio intermedio propuesto, el propano, se puede seleccionar libremente en el intervalo de -20 °C a -100 °C mediante la concepción de la transferencia de calor y de las diferencias de temperatura que la impulsan. El intercambiador de calor presenta las siguientes características técnicas:The temperature of the proposed intermediate medium, propane, can be freely selected in the range of -20 °C to -100 °C through the conception of the heat transfer and the temperature differences that drive it. The heat exchanger has the following technical characteristics:
- el uso de un recipiente en orientación vertical, compuesto por un cilindro con un fondo bombeado superior y otro inferior, que está revestido en su conjunto con un aislamiento,- the use of a vertically oriented container, made up of a cylinder with an upper and a lower convex bottom, which is entirely lined with insulation,
- la disposición de una hélice de tubo en la zona del fondo bombeado superior y un tubo en espiral en la zona del fondo bombeado inferior manteniendo una distancia entre las hélices de tubo,- the arrangement of a tube helix in the area of the upper crowned bottom and a spiral tube in the area of the lower crowned bottom, maintaining a distance between the tube helices,
- el llenado del recipiente cerrado herméticamente con el medio intermedio encapsulado de esta manera con el fin del transporte de calor dentro del recipiente con un nivel de llenado entre el tubo en espiral superior y el tubo en espiral inferior, estando el tubo en espiral inferior inundado, en cualquier estado de funcionamiento, con un medio intermedio líquido en estado de ebullición, mientras que el tubo en espiral superior está envuelto en vapor saturado que durante el funcionamiento se condensa en el tubo en espiral emitiendo calor,- filling the hermetically sealed container with the intermediate medium encapsulated in this way for the purpose of heat transport within the container with a filling level between the upper spiral tube and the lower spiral tube, the lower spiral tube being flooded , in any operating state, with a liquid intermediate medium in a boiling state, while the upper spiral tube is enveloped in saturated vapor which during operation condenses in the spiral tube giving off heat,
- la realización del transporte de calor del medio intermedio en condensación al líquido criogénico que ha de ser regasificado, mediante el flujo de entrada y de salida del mismo a través del tubo en espiral superior,- Carrying out heat transport from the condensing intermediate medium to the cryogenic liquid to be regasified, by means of its inlet and outlet flow through the upper spiral tube,
- la realización del transporte de calor del portador de frío que ha de ser enfriado al medio intermedio líquido mediante el flujo de entrada y salida del portador de frío a través del tubo en espiral inferior.- realization of heat transport from the cold carrier to be cooled to the liquid intermediate medium by the inflow and outflow of the cold carrier through the lower spiral tube.
Con respecto al objetivo en que se basa la presente invención, a saber, recuperar la potencia frigorífica disponible en grandes terminales, resultan insatisfactorios la tecnología de transferencia de calor concebida para sistemas pequeños con potencias frigoríficas por debajo de 100 kW y el costoso portador de frío empleado que no es adecuado para el suministro de frío con grandes capacidades de transferencia y a través de grandes trayectos de transferencia.With regard to the objective on which the present invention is based, namely, to recover the cooling capacity available in large terminals, the heat transfer technology conceived for small systems with cooling capacities below 100 kW and the costly cold carrier are unsatisfactory. employee that is not suitable for cold supply with large transfer capacities and over long transfer paths.
El estado de la técnica descrito anteriormente ha de considerarse como relevante para el objetivo de la invención, a saber, la puesta a disposición económica y con ahorro de energía de grandes potencias frigoríficas procedentes del dispositivo de regasificación de GNL de grandes terminales de gas natural licuado con una alta seguridad de suministro.The state of the art described above must be considered as relevant to the objective of the invention, namely, the economic and energy-saving provision of large cooling capacities from the LNG regasification device of large liquefied natural gas terminals. with a high security of supply.
Objetivo planteadoObjective set
El objetivo según la invención consiste en el desarrollo de características de aparatos con respecto a una instalación para el suministro de frío seguro a puntos de demanda tanto cercanos como alejados, que está acoplada al dispositivo de regasificación de GNL de una gran terminal que, por ejemplo, importa GNL, y de esta manera sustituye de manera económica la generación de frío necesaria en caso contrario, que consume energía eléctrica gastando recursos y cargando el medio ambiente.The objective according to the invention consists in the development of apparatus characteristics with respect to an installation for the safe supply of cold to both nearby and distant demand points, which is coupled to the LNG regasification device of a large terminal that, for example , imports LNG, and in this way economically replaces the generation of cold needed otherwise, which consumes electrical energy, wasting resources and burdening the environment.
Solución del objetivo planteadoSolution of the stated objective
La solución del objetivo planteado se indica en la reivindicación 1.The solution of the proposed objective is indicated in claim 1.
Las reivindicaciones subordinadas contienen realizaciones convenientes.The dependent claims contain expedient embodiments.
El objetivo de la invención es disipar el calor requerido en terminales de GNL para la regasificación del GNL desde puntos de demanda de frío disponibles y, de esta manera, aprovecharlo como una valiosa potencia frigorífica. El requisito previo para ello es la solución a dos problemas importantes.The objective of the invention is to dissipate the heat required in LNG terminals for the regasification of LNG from available cold demand points and, in this way, use it as valuable cooling power. The prerequisite for this is the solution to two important problems.
En primer lugar, deben ser transportadas grandes potencias frigoríficas, por ejemplo 1 MW, con seguridad de suministro y de forma económica a puntos de demanda de frío cercanos, alejados y muy ramificados.In the first place, large cooling capacities, for example 1 MW, must be transported with security of supply and economically to nearby, distant and highly branched cold demand points.
En segundo lugar, el bajo nivel de temperatura del GNL, que puede ascender a hasta -162 °C, exige unos altos requisitos en cuanto a la tenacidad en frío de los materiales, la dominación de grandes diferencias de temperatura locales y temporales en los componentes de instalaciones y la fluidez del fluido de transferencia de calor que sirve de portador de frío y que, sin embargo, teniendo en cuenta la demanda de frío atribuible prácticamente a una terminal de GNL, por ejemplo, la de una sala frigorífica, debe ajustarse a una temperatura no inferior a -50 °C.Secondly, the low temperature level of LNG, which can be as low as -162 °C, places high demands on the cold toughness of the materials, domination of large temperature differences local and temporary in the components of installations and the fluidity of the heat transfer fluid that serves as a carrier of cold and that, however, taking into account the demand for cold practically attributable to an LNG terminal, for example, that of a cold room, should be set at a temperature not lower than -50 °C.
Según la invención, se propone usar CO2 como portador de frío, en concreto, en lo que respecta a su enfriamiento por la emisión de calor al GNL y su absorción de calor en el punto de demanda de frío, exclusivamente en el estado de un líquido subenfriado. En comparación con las aplicaciones de CO2 conocidas hasta ahora, que se hacen funcionar con cambios de fase, esto tiene la ventaja de la realización mucho más fácil de largas rutas de transporte de portador de frío y, por tanto, también la ventaja de una técnica de instalaciones más económica.According to the invention, it is proposed to use CO 2 as a carrier of cold, in particular, with regard to its cooling by emission of heat to LNG and its absorption of heat at the point of demand for cold, exclusively in the state of a subcooled liquid. Compared to hitherto known CO 2 applications, which are operated with phase changes, this has the advantage of much easier realization of long cold carrier transport routes and thus also the advantage of a most economical installation technique.
La temperatura mínima admisible del portador de frío CO2 llevado en un circuito cerrado se fija, dadas sus coordenadas de punto triple 5,19 bar y -56,6 °C, en -50 °C, lo que, por una parte, proporciona suficiente seguridad contra la formación de una fase sólida, y por otra parte, ofrece con respecto al suministro de frío un nivel de temperatura suficientemente bajo. El cumplimiento necesario de este valor de temperatura se garantiza mediante medidas redundantes de técnica de instalaciones y técnica de regulación.The minimum admissible temperature of the CO 2 cold carrier carried in a closed circuit is fixed, given its triple point coordinates 5.19 bar and -56.6 °C, at -50 °C, which, on the one hand, provides sufficient security against the formation of a solid phase, and on the other hand, offers a sufficiently low temperature level with respect to the supply of cold. The necessary observance of this temperature value is ensured by redundant plant engineering and control engineering measures.
El CO2 líquido, por ejemplo en el estado de -50 °C y 10,0 bar, dispone de muy buenos valores de sustancia en cuanto a densidad, capacidad calorífica específica, conductividad térmica y viscosidad, de manera que resultan unas transferencias de calor correspondientemente efectivas y la circulación en el circuito de portador de frío solo requiere una baja potencia de bombeo. Otras ventajas importantes del CO2 son: es químicamente inactivo, no corrosivo, incombustible y, en general, respetuoso con el medio ambiente. Esto justifica que el suministro de frío acoplado al dispositivo de regasificación de la terminal de GNL puede proporcionar el frío de manera mucho más económica que la máquina frigorífica por compresión convencional, accionada eléctricamente.Liquid CO 2 , for example in the state of -50 °C and 10.0 bar, has very good substance values with regard to density, specific heat capacity, thermal conductivity and viscosity, so that heat transfers result correspondingly effective and the circulation in the cold carrier circuit only requires a low pump power. Other important advantages of CO 2 are: it is chemically inactive, non-corrosive, non-combustible and, in general, environmentally friendly. This justifies that the supply of cold coupled to the regasification device of the LNG terminal can provide cold much more economically than the conventional electrically driven compression refrigeration machine.
Según la invención, se proponen diversas medidas para garantizar un suministro de frío sin fallos que cumpla con los datos de funcionamiento predefinidos.According to the invention, various measures are proposed to ensure a faultless supply of cold that complies with the predefined operating data.
Para evitar el riesgo de que el CO2 pase a la fase sólida y deje de ser bombeable, sirve principalmente el uso del medio intermedio propano que en un circuito cerrado por circulación natural a un nivel de temperatura medio seguro en un evaporador de medio intermedio, absorbe el calor del portador de frío, a fin de transmitirlo entonces al GNL en un condensador de medio intermedio. Para ello, se utilizan dos intercambiadores de calor de haz de tubos alineados horizontalmente, superpuestos, aptos para bajas temperaturas, en cuyos tubos el portador de frío emite su calor o el GNL absorbe el calor, y entre los cuales, para garantizar la circulación natural, las fases en equilibrio, el propano como vapor saturado y el propano en el estado de ebullición, son separados y transportados en tuberías de dimensiones generosas con pérdidas de presión mínimas. Para mantener constante la temperatura en el propano en ebullición y condensación a un nivel medio seguro sirve una vigilancia de presión del medio intermedio. Su presión se regula, con la ayuda de un control de instalación asistido por computadora y con una válvula de mariposa de GNL, que como elemento de ajuste determina el flujo de GNL y, por tanto, la transferencia de calor en el condensador de medio intermedio, al valor teórico de 0,611 bar, lo que según la curva de presión de vapor de propano se correlaciona con la temperatura deTo avoid the risk that the CO 2 passes into the solid phase and is no longer pumpable, the use of the intermediate medium propane is mainly used, which in a closed circuit by natural circulation at a safe medium temperature level in an intermediate medium evaporator, absorbs heat from the cold carrier, in order to then transmit it to LNG in an intermediate medium condenser. To do this, two horizontally aligned tube bundle heat exchangers are used, superimposed, suitable for low temperatures, in whose tubes the cold carrier emits its heat or the LNG absorbs the heat, and between which, to ensure natural circulation , the phases in equilibrium, propane as saturated vapor and propane in the boiling state, are separated and transported in generously sized pipes with minimal pressure losses. To keep the temperature in the boiling and condensing propane constant at a safe medium level, pressure monitoring of the intermediate medium is used. Its pressure is regulated, with the help of a computer-aided installation control and with an LNG butterfly valve, which as an adjusting element determines the LNG flow and thus the heat transfer in the intermediate medium condenser , at the theoretical value of 0.611 bar, which according to the propane vapor pressure curve correlates with the temperature of
-55 °C.-55°C
El hecho de que el portador de frío se enfría lo máximo posible por la transferencia de calor al medio intermedio, pero no por debajo del valor mínimo admisible de -50 °C, se consigue adicionalmente por la tecnología de regulación, en concreto, de manera diversamente redundante, mediante el registro la temperatura en el punto de la máxima refrigeración, es decir, en la salida del evaporador de medio intermedio. También aquí, la regulación se realiza con la ayuda del control de la instalación y la válvula de mariposa de GNL, que, como elemento de ajuste, determina el caudal de GNL y, por tanto, el enfriamiento del portador de frío, resultante de la transferencia de calor al GNL.The fact that the cold carrier is cooled as much as possible by heat transfer to the intermediate medium, but not below the minimum permissible value of -50 °C, is additionally achieved by the control technology, namely by variously redundant, by recording the temperature at the point of maximum cooling, that is, at the outlet of the intermediate medium evaporator. Here too, the regulation is carried out with the help of the installation control and the LNG throttle valve, which, as an adjustment element, determines the LNG flow rate and therefore the cooling of the cold carrier, resulting from the heat transfer to LNG.
La detección de la presión del medio intermedio también sirve para proteger contra una posible falta de estanqueidad en el sistema de transferencia de calor portador de frío / evaporador de medio intermedio / conductos de conexión de propano - condensador de medio intermedio / GNL. Con los componentes vigilancia de presión, control de la instalación asistido por computadora y válvula de mariposa de GNL, está disponible un dispositivo de técnica de seguridad que detecta una posible fuga de los tubos que transportan GNL o CO2 a los espacios que contienen el medio intermedio propano, en concreto, a los espacios de camisa del dos intercambiadores de calor de haz de tubos y a los conductos de conexión de propano.Intermediate medium pressure detection also serves to protect against a possible leak in the cold carrier heat transfer system / intermediate medium evaporator / propane connection pipes - intermediate medium condenser / LNG. With the components pressure monitoring, computer-assisted installation control and LNG butterfly valve, a technical safety device is available that detects a possible leak from the pipes that transport LNG or CO 2 to the spaces that contain the medium. intermediate propane, specifically, to the jacket spaces of the two tube bundle heat exchangers and to the propane connection lines.
Como contramedida, se interrumpen el suministro de GNL y el funcionamiento de la bomba de portador de frío. Finalmente, una función adicional de la vigilancia de presión es identificar a partir del grado del aumento de presión determinado si la fuga se refiere a GNL entrante, que generalmente se bombea a la presión alta, generalmente supercrítica, requerida para el uso de gas natural antes de la regasificación, o a CO2 entrante, cuya presión es notablemente inferior a pesar del estado de un líquido subenfriado.As a countermeasure, the LNG supply and the operation of the cold carrier pump are interrupted. Finally, an additional function of pressure monitoring is to identify from the degree of the pressure increase determined whether the leak refers to incoming LNG, which is generally pumped at the high pressure, usually supercritical, required for the use of natural gas before from regasification, or to incoming CO 2 , whose pressure is significantly lower despite the state of a subcooled liquid.
Finalmente, otra vigilancia de presión se refiere al nivel de presión típicamente alto del CO2 en el circuito de portador de frío completo, que ha de ser explicado en primer lugar. Finally, another pressure monitoring refers to the typically high pressure level of CO 2 in the complete cold carrier circuit, which has to be explained first.
El CO2 subenfriado se hace circular por medio de una bomba de portador de frío en un circuito cerrado, constituido por tuberías bien aisladas, enfriándose en el evaporador de medio intermedio a hasta -50 °C emitiendo calor al medio intermedio, después, llega en estado subenfriado hasta el punto de demanda de frío, dado el caso, alejado, que ha de ser abastecido, para calentarse aquí por absorción de calor, lo que corresponde a la potencia frigorífica, hasta cerca del estado de ebullición y, después, ser conducido a un colector y separador de portador de frío. En este colector y separador se alcanza finalmente el equilibrio de fase entre el condensado de portador de frío y el vapor saturado de portador de frío, por ejemplo a -40 °C y 10,0 bar.The subcooled CO 2 is circulated by means of a cold carrier pump in a closed circuit, made up of well-insulated pipes, cooling in the intermediate medium evaporator down to -50 °C, emitting heat to the intermediate medium, then it arrives in subcooled state up to the cold demand point, remote if necessary, to be supplied, to be heated here by heat absorption, which corresponds to the cooling capacity, until close to the boiling state and then be conducted to a cold carrier collector and separator. In this collector and separator, the phase equilibrium between the cold carrier condensate and the cold carrier saturated vapor is finally reached, for example at -40 °C and 10.0 bar.
El condensado de portador de frío fluye entonces como flujo retorno, a través de una altura de entrada adecuada que evita la cavitación, a la bomba de portador de frío que lo transporta al evaporador de medio intermedio, en el que el calor es absorbido por el medio intermedio que se evapora aquí, que en la circulación natural llega al condensador de medio intermedio y allí se condensa transfiriendo el calor al GNL que ha de ser regasificado.The cold carrier condensate then flows as a return flow, through a suitable inlet height that prevents cavitation, to the cold carrier pump that transports it to the intermediate medium evaporator, where the heat is absorbed by the intermediate medium that evaporates here, which in the natural circulation reaches the intermediate medium condenser and condenses there, transferring the heat to the LNG that has to be regasified.
Con el fin de la vigilancia de presión, por encima del colector y separador de portador de frío, utilizándolo como acoplamiento, está conectada al sistema de portador de frío descrito una máquina frigorífica por compresión convencional como instalación frigorífica de sustitución. La conexión resulta por una circulación natural en la cual, en convección libre, desde el colector y separador de portador de frío, el vapor saturado de portador de frío entrante se condensa en el evaporador, realizado de la manera habitual como intercambiador de calor de superficie, de la máquina frigorífica por compresión, y fluye de retorno en forma líquida, en concreto, por conductos de conexión que reológicamente están realizados de tal forma que no se necesita ninguna bomba de circulación. Con la ayuda de la potencia frigorífica de la instalación frigorífica de sustitución se consigue un doble efecto. Por una parte, el vapor saturado de portador de frío originado puede volver a licuarse y almacenarse en el colector de portador de frío y, por otra parte, se puede reducir la presión en el circuito de portador de frío. La máquina de refrigeración de sustitución, la detección de presión en el colector y separador de portador de frío, el control de la instalación asistido por computadora, la bomba de portador de frío desconectable y la válvula de mariposa de GNL forman un sistema de seguridad que impide que, en caso de una posible interrupción del flujo de g Nl y/o en caso de un suministro de calor que exceda los límites previstos en el punto de demanda de frío, la presión en el circuito de portador de frío aumente por encima de un límite definido, por ejemplo 25 bar, la presión de vapor de agua a -12 °C, y que por tanto se deba accionar una válvula de seguridad.For the purpose of pressure monitoring, above the cold carrier manifold and separator, using it as a coupling, a conventional compression refrigeration machine is connected as a replacement refrigeration unit to the described cold carrier system. The connection results from a natural circulation in which, in free convection, from the cold carrier collector and separator, the incoming cold carrier saturated vapor is condensed in the evaporator, realized in the usual way as a surface heat exchanger , of the compression refrigeration machine, and flows back in liquid form, specifically through connection pipes that are rheologically made in such a way that no circulation pump is needed. With the help of the refrigeration capacity of the replacement refrigeration installation, a double effect is achieved. On the one hand, the resulting cold carrier saturated vapor can be reliquefied and stored in the cold carrier collector and, on the other hand, the pressure in the cold carrier circuit can be reduced. The replacement refrigeration machine, the pressure detection in the cold carrier manifold and separator, the computer-aided control of the installation, the switchable cold carrier pump and the LNG butterfly valve form a safety system that prevents, in case of a possible interruption of the flow of g N l and/or in case of a heat supply that exceeds the limits foreseen at the cold demand point, the pressure in the cold carrier circuit increases above of a defined limit, for example 25 bar, the steam pressure of water at -12 °C, and therefore a safety valve must be activated.
Ejemplo de realizaciónRealization example
La instalación según la invención con sus características técnicas de la instalación y de los aparatos se explica con más detalle a continuación con la ayuda de un dibujo, la figura 1. El dibujo muestra un ejemplo de la realización de la instalación.The installation according to the invention with its technical characteristics of the installation and of the apparatus is explained in more detail below with the aid of a drawing, FIG. 1. The drawing shows an example of the embodiment of the installation.
La instalación de suministro de frío acoplada al dispositivo de regasificación de una terminal de GNL utiliza el calor necesario para la regasificación del GNL como potencia frigorífica. Esta se transfiere al punto de demanda de frío (2), dado el caso, lejano, con la ayuda de un portador de frío (1) que se hace circular con una bomba de portador de frío (7) en un circuito cerrado, formado por tuberías (8) bien aisladas. El portador de frío (1) es CO2 líquido que se enfría en los tubos de un intercambiador de calor de haz de tubos, el llamado evaporador de medio intermedio (4) hasta el valor mínimo admisible de -50 °C, y después, llega en el estado subenfriado al punto de demanda de frío (2) que ha de ser abastecido, para calentarse allí por absorción de calor, lo que corresponde a la potencia frigorífica, hasta cerca del estado de ebullición.The cold supply installation coupled to the regasification device of an LNG terminal uses the heat necessary for the regasification of LNG as cooling power. This is transferred to the cold demand point (2), remote if necessary, with the aid of a cold carrier (1) which is circulated by a cold carrier pump (7) in a closed circuit, consisting of by pipes (8) well insulated. The cold carrier (1) is liquid CO 2 that is cooled in the tubes of a tube bundle heat exchanger, the so-called intermediate medium evaporator (4) to the minimum allowable value of -50 °C, and then, It arrives in the subcooled state at the cold demand point (2) that has to be supplied, to heat up there by heat absorption, which corresponds to the cooling capacity, until close to the boiling state.
La siguiente estación en el circuito es el colector y separador de portador de frío (9), en el que finalmente se consigue el equilibrio de fase entre el condensado de portador de frío (10) y el vapor saturado de portador de frío (11), que determina la presión en el sistema de circuito. El condensado de portador de frío (10) fluye entonces a través de una altura de entrada adecuada, que evita la cavitación, de la bomba de portador de frío (7), que lo transporta como flujo de retorno al evaporador de medio intermedio (4).The next station in the circuit is the cold carrier collector and separator (9), where phase equilibrium is finally achieved between the cold carrier condensate (10) and the cold carrier saturated vapor (11). , which determines the pressure in the circuit system. The cold carrier condensate (10) then flows through a suitable cavitation-preventing inlet height of the cold carrier pump (7), which transports it as a return flow to the intermediate medium evaporator (4 ).
En el evaporador de medio intermedio (4), del medio intermedio (12) propano, que está en ebullición en el espacio de camisa, es absorbido el calor emitido al portador de frío (1) que fluye en los tubos. El medio intermedio (12) evaporado sale entonces de la zona superior del espacio de camisa del evaporador de medio intermedio (4), a través de un conducto de vapor saturado de medio intermedio (13) y llega a la zona superior del espacio de camisa de un intercambiador de calor de haz de tubo adicional, el llamado condensador de medio intermedio (5), que está dispuesto por encima del evaporador de medio intermedio (4) y está orientado horizontalmente igual que este.In the intermediate medium evaporator (4), the heat given off to the cold carrier (1) flowing in the tubes is absorbed from the intermediate medium (12) propane, which is boiling in the jacket space. The evaporated intermediate medium (12) then leaves the upper zone of the jacket space of the intermediate medium evaporator (4), through an intermediate medium saturated vapor conduit (13) and reaches the upper zone of the jacket space of an additional tube bundle heat exchanger, the so-called intermediate medium condenser (5), which is arranged above the intermediate medium evaporator (4) and is oriented horizontally like this.
El medio intermedio que se condensa en el espacio de camisa del condensador de medio intermedio (5) finalmente suministra el calor que se requiere para la regasificación del GNL que corre por las tuberías, y entonces, fluye desde la zona inferior del espacio de camisa del condensador de medio intermedio (5), a través del conducto de condensado de medio intermedio (14), hacia abajo a la zona inferior del espacio de camisa del evaporador de medio intermedio (4). El transporte de calor, realizado con el medio intermedio (12), del portador de frío (1) al GNL, se realiza en circulación natural, es decir, en convección libre sin bomba de circulación, y a un nivel de temperatura medio seguro que excluye el peligro de la solidificación del portador de frío (1). La circulación natural del medio intermedio (12) propano, que se evapora y se condensa, entre los dos intercambiadores de calor de haz de tubos, el evaporador de medio intermedio (4) y el condensador de medio intermedio (5) se consigue mediante el conducto de vapor saturado de medio intermedio (13), dimensionado de manera generosa, que presenta pérdidas de presión mínimas, y el conducto de condensado de medio intermedio (14) que transportan las fases de vapor saturado y de condensado de manera separada y, además, en caso de necesidad, también en varios conductos paralelos.The intermediate medium that condenses in the jacket space of the intermediate medium condenser (5) finally supplies the heat that is required for the regasification of the LNG that runs through the pipes, and then flows from the lower zone of the jacket space of the intermediate medium condenser (5), through the intermediate medium condensate line (14), down to the lower part of the jacket space of the intermediate medium evaporator (4). The heat transport, carried out with the intermediate medium (12), from the cold carrier (1) to the LNG, is carried out in natural circulation, that is, in free convection without a circulation pump, and at a safe average temperature level that excludes the danger of solidification of the cold carrier (1). The natural circulation of the environment intermediate (12) propane, which is evaporated and condensed, between the two tube bundle heat exchangers, the intermediate medium evaporator (4) and the intermediate medium condenser (5) is achieved through the saturated steam line of intermediate medium (13), generously dimensioned, with minimal pressure losses, and the intermediate medium condensate line (14) that transport the saturated steam and condensate phases separately and, additionally, if necessary , also in several parallel ducts.
La instalación de suministro de frío representada en la figura 1 contiene varias medidas para garantizar un suministro de frío sin fallos, que cumpla con los datos de funcionamiento predefinidos.The cold supply installation depicted in Figure 1 contains several measures to ensure a faultless cold supply, which complies with the predefined operating data.
Para mantener en un nivel medio seguro la temperatura del medio intermedio (12) propano, que se evapora y se condensa, en el evaporador de medio intermedio (4) y en el condensador de medio intermedio (5) sirve una regulación y vigilancia de presión de medio intermedio (17).In order to maintain the temperature of the intermediate medium (12) propane, which is evaporated and condensed, at a safe medium level, pressure regulation and monitoring are used in the intermediate medium evaporator (4) and in the intermediate medium condenser (5). intermediate medium (17).
La presión medida del medio intermedio (12), que se encuentra en equilibrio de fase, se regula con la ayuda de un control de instalación (20) asistido por computadora y una válvula de mariposa de GNL (16) que, como elemento de ajuste, determina el caudal de GNL (3) y, por tanto, la transferencia de calor en el condensador de medio intermedio (5), a un valor teórico, por ejemplo 0,611 bar, lo que según la curva de presión de vapor de propano, se correlaciona con la temperatura de -55 °C.The measured pressure of the intermediate medium (12), which is in phase equilibrium, is regulated with the help of a computer-assisted installation control (20) and an LNG butterfly valve (16) which, as an adjusting element , determines the LNG flow rate (3) and, therefore, the heat transfer in the intermediate medium condenser (5), at a theoretical value, for example 0.611 bar, which according to the propane vapor pressure curve, correlates with the temperature of -55 °C.
El hecho de que, por la transferencia de calor al medio intermedio (12), el portador de frío (1) se enfría lo máximo posible, pero no por debajo del valor mínimo admisible de -50 °C, se consigue adicionalmente de forma diversamente redundante con la regulación de temperatura de salida de portador de frío (15). La temperatura del portador de frío (1) se mide en el punto del máximo enfriamiento, es decir, en la salida del evaporador de medio intermedio (4). También aquí, la regulación se realiza con la ayuda del control de instalación (20) y la válvula de mariposa de GNL (16), que, como elemento de ajuste, determina el caudal de GNL (3) y, por tanto, la refrigeración del portador de frío (1) resultante de la transferencia de calor al GNL.The fact that, by heat transfer to the intermediate medium (12), the cold carrier (1) is cooled as much as possible, but not below the minimum permissible value of -50 °C, is additionally achieved in various ways redundant with cold carrier outlet temperature regulation (15). The temperature of the cold carrier (1) is measured at the point of maximum cooling, ie at the outlet of the intermediate medium evaporator (4). Here too, the regulation is carried out with the help of the installation control (20) and the LNG butterfly valve (16), which, as an adjustment element, determines the LNG flow rate (3) and thus the cooling of the cold carrier (1) resulting from the transfer of heat to LNG.
La detección de la presión del medio intermedio (12) también sirve como protección contra una posible falta de estanqueidad en el sistema de transferencia de calor portador de calor / evaporador de medio intermedio / conductos de conexión de propano / condensador de medio intermedio / GNL. Con los componentes regulación y vigilancia de presión de medio intermedio (17), control de instalación (20) asistido por computadora y válvula de mariposa de GNL (16), está disponible un dispositivo de técnica de seguridad que detecta una posible fuga de los tubos que transportan g Nl o CO2 a los espacios que contienen el medio intermedio ( 12) propano, en concreto, a los espacios de camisa de los dos intercambiadores de calor de haz de tubos, al evaporador de medio intermedio (4) y al condensador de medio intermedio (5), así como a los conductos de conexión de propano, al conducto de vapor saturado de medio intermedio línea (13) y al conducto de condensado de medio intermedio (14). Como contramedida, se interrumpen el suministro de GNL en la entrada de GNL (3) y el funcionamiento de la bomba de portador de frío (7).The detection of the pressure of the intermediate medium (12) also serves as protection against a possible leak in the heat transfer system heat carrier / intermediate medium evaporator / propane connection pipes / intermediate medium condenser / LNG. With the intermediate medium pressure regulation and monitoring components (17), computer-assisted installation control (20) and LNG butterfly valve (16), a technical safety device is available that detects a possible leak from the pipes that transport g Nl or CO 2 to the spaces containing the intermediate medium (12) propane, specifically, to the jacket spaces of the two tube bundle heat exchangers, to the intermediate medium evaporator (4) and to the condenser of intermediate medium (5), as well as to the propane connection pipes, to the intermediate medium saturated steam pipe line (13) and to the intermediate medium condensate pipe (14). As a countermeasure, the supply of LNG at the LNG inlet (3) and the operation of the cold carrier pump (7) are interrupted.
Por el grado del aumento de presión detectado se puede identificar adicionalmente si la fuga se refiere a GNL entrante, que habitualmente, antes de la regasificación, se bombea a la presión alta, generalmente supercrítica, requerida para el uso de gas natural, o a CO2 entrante, cuya presión es notablemente menor a pesar del estado de un líquido subenfriado.Based on the degree of pressure increase detected, it can also be identified whether the leak refers to incoming LNG, which is usually, before regasification, pumped to the high pressure, generally supercritical, required for the use of natural gas, or to CO 2 inlet, the pressure of which is noticeably lower despite the state of a subcooled liquid.
Finalmente, una vigilancia de presión adicional se refiere al nivel de presión típicamente alto del CO2 en el circuito de portador de frío completo. Para este fin, por encima del colector y separador de portador de frío (9), utilizando este como acoplamiento y de forma integrada de esta manera en el sistema de portador de frío, una máquina frigorífica por compresión (VKM) convencional está dispuesta como instalación frigorífica de sustitución (6). Resulta una circulación natural, en la que a través de un conducto de vapor saturado de portador de frío (18), el vapor saturado de portador de frío que afluye en libre convección se condensa en el evaporador de la máquina frigorífica por compresión (VKM), realizado como intercambiador de calor de superficie, y después, se reconduce en estado líquido, a través del conducto de condensado de portador de frío (19), en concreto, en conductos de conexión que reológicamente están realizados de tal forma que no se requiere ninguna bomba de circulación. Con la ayuda de la potencia frigorífica de la instalación frigorífica de sustitución (6) se produce un doble efecto. Por una parte, el vapor saturado de portador de frío (10) originado puede volver a licuarse y almacenarse en el colector y separador de portador de frío (9); por otra parte, se puede reducir la presión en el circuito de portador de frío. La instalación frigorífica de sustitución (6), la regulación de presión de separador de portador de frío (21), el control de instalación (20) asistido por computadora, la bomba de portador de frío (7) desconectable y la válvula de mariposa de GNL (16) forman un sistema de seguridad que evita que, en caso de una posible interrupción del flujo de LNG (3) y/o en caso de un suministro de calor que exceda los límites previstos en el punto de demanda de frío (2), la presión en el circuito de portador de frío aumente más allá de un límite definido, por ejemplo, de 25 bar, la presión de vapor a -12 °C, y que por ello se deba accionar una válvula de seguridad.Finally, an additional pressure monitoring refers to the typically high pressure level of CO 2 in the entire cold carrier circuit. For this purpose, above the cold carrier manifold and separator (9), using this as a coupling and thus integrated into the cold carrier system, a conventional compression refrigeration machine (VKM) is arranged as an installation. replacement refrigerator (6). A natural circulation results, in which the saturated cold carrier vapor flowing in free convection is condensed in the evaporator of the compression refrigeration machine (VKM) via a cold carrier saturated vapor line (18). , made as a surface heat exchanger, and then, it is redirected in liquid state, through the cold carrier condensate conduit (19), specifically, in connection conduits that are rheologically made in such a way that it is not required no circulation pump. With the help of the refrigeration capacity of the replacement refrigeration installation (6), a double effect is produced. On the one hand, the originated cold carrier saturated vapor (10) can be re-liquefied and stored in the cold carrier collector and separator (9); on the other hand, the pressure in the cold carrier circuit can be reduced. The replacement refrigeration system (6), the cold carrier separator pressure regulation (21), the computer-aided system control (20), the cold carrier pump (7) that can be switched off, and the throttle valve LNG (16) form a safety system that prevents, in the event of a possible interruption in the flow of LNG (3) and/or in the event of a heat supply that exceeds the limits foreseen at the cold demand point (2 ), the pressure in the cold carrier circuit increases beyond a defined limit, eg 25 bar, steam pressure at -12 °C, and a safety valve must therefore be actuated.
Lista de signos de referenciaList of reference signs
1 Líquido de portador de frío subenfriado, portador de frío 1 Subcooled cold carrier liquid, cold carrier
2 Punto de demanda de frío2 Cold demand point
3 Entrada de GNL, caudal de GNL3 LNG inlet, LNG flow
4 Evaporador de medio intermedio4 Intermediate medium evaporator
5 Condensador de medio intermedio5 Intermediate condenser
6 Instalación frigorífica de sustitución6 Replacement refrigeration installation
7 Bomba de portador de frío7 Cold carrier pump
8 Tubería aislada8 Insulated pipe
9 Colector y separador de portador de frío9 Collector and cold carrier separator
10 Condensado de portador de frío10 Cold carrier condensate
11 Vapor saturado de portador de frío11 Cold carrier saturated steam
12 Medio intermedio12 Middle Intermediate
13 Conducto de vapor saturado de medio intermedio13 Intermediate medium saturated steam pipe
14 Conducto de condensado de medio intermedio14 Intermediate medium condensate pipe
15 Regulación de temperatura de salida de portador de frío 16 Válvula de mariposa de GNL15 Cold carrier outlet temperature regulation 16 LNG butterfly valve
17 Regulación y vigilancia de presión de medio intermedio 18 Conducto de vapor saturado de portador de frío17 Intermediate medium pressure regulation and monitoring 18 Cold carrier saturated steam duct
19 Conducto de condensado de portador de frío19 Cold carrier condensate pipe
20 Control de instalación asistido por computadora20 Computer Aided Installation Control
21 Regulación de presión del separador de portador de frío VKM Máquina frigorífica por compresión. 21 Pressure regulation of the cold carrier separator VKM Compression refrigeration machine.
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