JP2009030813A - 熱交換器およびその補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒状の胴部本体を有する多管円筒形の熱交換器において、内部部品の補修時、胴部本体を溶断または切断する際に発生するノロや切断片により内部部品が損傷されることのない熱交換器およびその補修方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 筒状の胴部本体２と、胴部本体２の一端に管板４を介して設置される水室６と、管板４に接続されて胴部本体２内に配設される多数の細管からなる伝熱管群とを備える多管円筒形の熱交換器において、胴部本体２内部に設置されている内部部品の補修のため、胴体本体２を溶断または切断等の加工をし開放するときに、内部部品を保護する保護板２０，３０を、溶断または切断等の加工予定部２Ｃに対応する胴部本体２の内部に設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発電プラントの蒸気発生器（含むボイラ）に送り込まれる水をタービンから抽気される蒸気によって加熱する給水加熱器等に適用して好適な多管円筒形の熱交換器およびその補修方法に関するものである。

給水加熱器は、発電プラントの蒸気発生器（含むボイラ）に送り込まれる水を蒸気タービンから抽気される蒸気によって加熱し、昇温して蒸気発生器（含むボイラ）に戻す機能を有するものであり、筒状の胴部本体と、胴部本体の一端に管板を介して設置される水室と、管板に接続されて胴部本体内に配設される多数のＵ字状細管からなる伝熱管群とを備えている。給水加熱器に供給される水は、蒸気タービンから復水器並びに脱気器を経て仕切り板により仕切られている上記水室の下部室に送り込まれ、ここから管板を経てＵ字状細管からなる伝熱管群の一端に供給される。この水は、伝熱管群内をＵターンして流通される間に胴部本体内に供給される蒸気より加熱された後、伝熱管群の他端から水室の上部室に流出され、昇温されて給水加熱器から蒸気発生器（含むボイラ）へと送り込まれる。

上記のような給水加熱器では、長期間にわたる使用により、胴部本体の内部に配置されている多数のＵ字状細管が蒸気流により損傷する虞がある。定期点検等によって細管の損傷が発見されると、当該細管には止め栓が施され、水の流通が止められる。しかし、止め栓が施された細管の本数が多くなると、給水加熱器の能力が低下され、結果として発電プラントの効率が低下されることになる。このような場合には、給水加熱器全体を取替えるよりも、コストおよび工数面でメリットが期待できる伝熱管群のみの取替えを行い、他部品を有効活用して給水加熱器の寿命を延ばすようにしている。

伝熱管群等の内部部品を補修するには、胴部本体を開放する必要がある。そこで、胴部本体の構造を、フランジ接続構造としたものが提案されている。フランジ接続構造のものは、胴部本体の開放が容易であるが、フランジ接続部でのシールが課題となり、蒸気漏洩に対するリスクが高くなる。そのため、例えば原子力関係のように漏洩を極端に嫌う用途では、蒸気漏洩に対する信頼性が高い一体構造の胴部本体が採用されている。一体構造の胴部本体を持つ給水加熱器では、内部部品を補修する際、胴部本体をガス溶断またはカッター切断により開放し、補修が必要な内部部品を取替える等により補修後、胴部本体を溶断または切断部において溶接接合している。

一方において、給水加熱器は、大型の重量物であることから、完成品を発電所内に搬入して据え付け工事する場合の労力、資源、工期、手間を低減することを目的に、胴部本体を輪切りにした複数の分割体を製造し、これを発電所内に搬入し、発電所内で溶接接合して組立てる給水加熱器の組立方法が特許文献１により提案されている。このものでは、分割体の現地での溶接を容易化するため、分割体の溶接部に工場で炭素鋼の短胴を取付けておき、現地では炭素鋼同士を溶接できるようにしている。そして、この炭素鋼の肉盛溶接部の内側部位に、炭素鋼の湿り蒸気流による減肉を防止するため、ステンレス鋼のインサート管または内張りを設け、給水加熱器の長寿命化を図っている。

特開２０００−１１１００５号公報

しかしながら、一体構造の胴部本体を持つ給水加熱器では、内部部品を補修するため、胴部本体をガス溶断またはカッター切断する際に、溶断ノロやカッター切断片が内部部品上に落下し、健全な内部部品まで損傷してしまうという問題がある。特許文献１には、胴部本体を構成する炭素鋼短胴の肉盛溶接部の内側に、炭素鋼の湿り蒸気流による減肉を防止するため、インサート管や内張りする技術が開示されているが、このインサート管や内張りは、その設置目的や設置構造から見て、内部部品を補修するため、ガス溶断またはカッター切断する際に発生するノロや切断片から健全な内部部品を保護するものではなく、上記問題を解消できるものではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、筒状の胴部本体を有する多管円筒形の熱交換器において、内部部品の補修時、胴部本体を溶断または切断する際に発生するノロや切断片により内部部品が損傷されることのない熱交換器およびその補修方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱交換器およびその補修方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱交換器は、筒状の胴部本体と、該胴部本体の一端に管板を介して設置される水室と、前記管板に接続されて前記胴部本体内に配設される多数の細管からなる伝熱管群とを備える多管円筒形の熱交換器において、前記胴部本体内部に設置されている内部部品の補修のため、前記胴体本体を溶断または切断等の加工をし開放するときに、前記内部部品を保護する保護板を、前記溶断または切断等の加工予定部に対応する前記胴部本体の内部に設けたことを特徴とする。

上記のように、筒状の胴部本体を備える多管円筒形の熱交換器では、胴部本体の内部に設置されている伝熱管群等の内部部品を補修する場合、胴部本体をガスやカッターにより溶断または切断し、内部を開放することによって補修が必要な内部部品を補修している。この場合、ガス溶断によるノロやカッター切断による切断片等が内部部品上に落下し、健全な内部部品までもが損傷されるおそれがある。本発明によれば、溶断または切断等の加工予定部に対応する胴部本体の内部に、内部部品を保護する保護板が設けられるので、この保護板により、内部部品の補修時に胴部本体をガス溶断またはカッター切断する際、内部部品を溶断ノロやカッター切断片から保護することができる。従って、溶断ノロやカッター切断片の落下等により健全な内部部品が損傷される問題を解消することができる。

さらに、本発明の熱交換器は、上記の熱交換器において、前記保護板は、前記胴部本体の内周面に対して溶接および切断等の加工によって影響を受けないだけの間隔を隔てて設けられることを特徴とする。

本発明によれば、保護板が、胴部本体の内周面に対して溶接および切断等の加工によって影響を受けないだけの間隔を隔てて設けられるので、保護板自体が胴部本体の溶接および切断等の加工によって影響受けたり、支障になったりすることはない。つまり、保護板が胴部本体の内周面に対して間隔を隔てて設けられるため、胴部本体を溶断または切断する際にガス溶断やカッター切断に巻き込まれるおそれがなく、胴部本体だけを安全に溶断または切断することができる。これによって、溶断ノロやカッター切断片の落下等から内部部品を確実に保護することができる。また、内部部品の補修後に胴部本体を溶接接合する際にも、保護板が溶接作業に影響を及ぼすことがなく、胴部本体を問題なく溶接接合することができる。

また、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記保護板は、円筒形状をなし、前記胴部本体の内周面に全周にわたって設けられることを特徴とする。

本発明によれば、保護板が、円筒形状をなし、胴部本体の内周面に全周にわたって設けられるので、内部部品を補修するため、胴部本体を全周にわたり溶断または切断する際において、何れの位置を溶断または切断するときも、保護板によって、溶断ノロやカッター切断片から内部部品を確実に保護することができる。

また、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記保護板は、前記胴部本体の内周面に固定して設けられることを特徴とする。

本発明によれば、保護板が、胴部本体の内周面に固定して設けられるので、内部部品の構成に何ら影響を与えることなく、保護板を胴部本体の内周面に設置することができる。従って、内部部品の構成や熱交換性能に影響を及ぼす事態を回避することができる。

さらに、本発明にかかる熱交換器の補修方法は、上述のいずれかに記載されている熱交換器の前記胴部本体内部に設置されている内部部品を補修する熱交換器の補修方法において、前記胴部本体を溶断または切断して内部を開放し、補修が必要な内部部品を補修後、前記胴部本体を前記溶断または切断部において溶接接合することを特徴とする。

本発明によれば、胴部本体を溶断または切断して内部を開放し、補修が必要な内部部品を補修後、胴部本体を溶断または切断部において溶接接合することにより、熱交換器を補修することができる。従って、補修が必要な内部部品を取替える等により補修しながら、他部品を有効活用して熱交換器の寿命を延ばすことができ、熱交換器全体を取替える場合に比べ、大幅なコスト低減および工数低減を図ることができる。また、内部部品の補修時に、健全な内部部品の損傷を防止することができる。

本発明の熱交換器によると、溶断または切断等の加工予定部に対応して設けられる保護板により、胴部本体を溶断または切断する際に発生するノロや切断片から内部部品を保護することができる。従って、溶断ノロや切断片によって健全な内部部品が損傷される問題を解消することができる。
また、本発明の熱交換器の補修方法によると、補修が必要な内部部品を取替える等により補修しながら、他部品を有効活用して熱交換器の寿命を延ばすことができるため、熱交換器全体を取替える場合に比べ、大幅なコスト低減および工数低減を図ることができると同時に、内部部品の補修時に、健全な内部部品の損傷を防止することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る熱交換器１の平面図が示され、図２には、その内部部品の一部を省略して示す縦断面図が示されている。この熱交換器１は、発電プラントの蒸気発生器（含むボイラ）に送り込まれる水をタービンから抽気される蒸気により加熱する給水加熱器に適用されるものであり、以下、給水加熱器１として説明する。

給水加熱器１は、軸線方向の長さが例えば１０ｍを超え、また外径が例えば２ｍを超える程度の大きさであり、一端（図１の右端）が閉塞されている円筒状の胴部本体２を有する。胴部本体２の上部の長さ方向のほぼ中央部には、蒸気入口管３が設けられ、蒸気タービンから抽気された蒸気が供給されるようになっている。また、胴部本体２の他端開口部には管板４が溶接され、他端開口部は管板４により密閉されている。この管板４の近傍において胴部本体２の底部には、ドレン出口管５が設けられ、胴部本体２内で凝縮されたドレン水を図示省略の脱気器等に導くように構成されている。

また、管板４を挟んで胴部本体２の反対側には、水室６が設けられる。この水室６の内部は、仕切り板７によって下部室８と上部室９とに仕切られ、下部室８には、給水入口管１０が設けられ、上部室９には、給水出口管１１が設けられる。さらに、水室６には、点検補修時に内部に入るためのマンホール１２が設けられる。なお、管板４には、以下に説明する公知の伝熱管群１３（図２参照）を接続するための貫通穴４Ａが多数穿設されている。

胴部本体２の内部には、水室６の下部室８に供給された水を伝熱管群１３を介して胴部本体２内に流通させ、蒸気と熱交換させることにより加熱した後、水室６の上部室９に流出させる多数のＵ字状細管１３Ａからなる伝熱管群１３が配設される。この伝熱管群１３は、細い伝熱管をＵ字状に折り曲げて構成されるＵ字状細管１３Ａを多数本束ねたものであり、各々のＵ字状細管１３Ａは、その一端が水室６の下部室８に連通されるように管板４の貫通穴４Ａに接続され、他端が水室６の上部室９に連通されるように管板４の貫通穴４Ａに接続される。これにより、給水入口管１０から下部室８に供給された水が、管板４の貫通穴４Ａを経て伝熱管群１３を構成する多数のＵ字状細管１３Ａに流入され、Ｕ字状細管１３Ａ内をＵターンして流通された後、管板４の貫通穴４Ａを経て上部室９に流出される水の流通経路が構成される。

伝熱管群１３は、図２および図３に示されるように、胴部本体２の長さ方向に所定の間隔で複数箇所に設置され、Ｕ字状細管１３Ａが挿通される多数の穴を有する円形の邪魔板１４と、この複数の邪魔板１４を円周上の複数箇所で互いに連結する複数本の支持棒１５とで構成される支持機構によって、胴部本体２の内部に支持される。また、胴部本体２内には、蒸気入口管３に対向するように受衝板１６が設けられ、胴部本体２内に供給される蒸気が直接伝熱管群１３に衝突されない構成とされている。

上記構成の給水加熱器１は、蒸気タービンにおいてタービンの回転に供され、そこから排出される蒸気が図示省略の復水器で水に戻され、図示省略の脱気器等を経て送り込まれる水を昇温して図示省略の蒸気発生器（含むボイラ）に戻すよう動作する。脱気器等を経た水は、給水入口管１０から下部室８に送り込まれ、ここから伝熱管群１３へと流通される。この水は、伝熱管群１３内を流通する間に、蒸気タービンから抽気され、蒸気入口管３から胴部本体２に送り込まれる蒸気により加熱されて昇温された後、上部室９内に流出される。

このようにして昇温された水は、給水出口管１１を経て蒸気発生器（含むボイラ）へと供給され、再び加熱されて蒸気となり、蒸気タービンに供給されるサイクルを繰り返す。一方、胴部本体２内で水と熱交換される蒸気は、水を加熱することにより温度降下して凝縮され、ドレン水となって胴部本体２内の底部に溜まり、ドレン出口管５を経て上記脱気器等に導かれ、脱気されて復水器からの水と合流される。

上記給水加熱器１は、長期間にわたり使用していると、胴部本体２内に配設されている伝熱管群１３を構成するＵ字状細管１３Ａが、蒸気流によって損傷する恐れがある。定期点検等により細管１３Ａの損傷が発見されると、当該細管１３Ａには止め栓が施され、水の流通が止められる。しかし、止め栓が施される細管１３Ａの数が多くなると、給水加熱器１の能力が低下され、結果として発電プラントの効率を低下させるため、このような場合には、内部部品である伝熱管群１３のみを取替え、補修するようにしている。

内部部品である伝熱管群１３の取替えは、胴部本体２の溶断または切断加工予定部２Ｃをガスにより溶断またはカッターにより胴部本体２Ａと胴部本体２Ｂとに切断し、胴部本体２を開放することにより行われる。この溶断または切断加工予定部２Ｃは、管板４から１０００ｍｍ以内、例えば６００ないし７００ｍｍ前後の位置とするのが適当である。

さらに、本実施形態においては、上記の補修時、胴部本体２を溶断または切断加工予定部２Ｃでガス溶断またはカッター切断する際に発生する溶断ノロやカッター切断片が内部部品の上に落下し、健全な内部部品を損傷することがないように、胴部本体２内部の溶断または切断加工予定部２Ｃに対応する部位に、内部部品を保護する円筒形状の保護板２０を胴部本体２の内周側に全周にわたり設けている。

保護板２０は、保護板２０自体が胴部本体２を溶断または切断する際に、それに巻き込まれないように、胴部本体２の内周面に対して溶接および切断等の加工によって影響を受けないだけの間隔を隔てて設けられている。この間隔は、胴部本体２の溶断または切断に巻き込まれず、かつその際に発生する溶断ノロやカッター切断片の内部部品上への落下を防ぐため、１５０ｍｍ程度であって、１００ｍｍ〜２００ｍｍ位の範囲とするのが適切である。

また、保護板２０は、溶断または切断の幅が数ｍｍないし数十ｍｍのため、ノロや切断片の内部部品上への落下を防止するのに必要かつ十分な幅を持ち、かつ胴部本体２内を流通する蒸気の流れを阻害しないように、胴部本体２の長さ方向に沿う幅寸法が１５０ｍｍ〜３００ｍｍとされ、必要最小限の範囲に設置される。この保護板２０は、内部部品の構成に影響を与えないように、胴部本体２の内周面に設けられる複数の支持板２１により支持される。また、保護板２０は、胴部本体２の溶断または切断時に高温の溶断ノロやカッター切断片が落下し、保護板２０自体がダメージを受けて損傷されないように、ステンレス製とされ、その寿命を長期にわたり確保できるように構成されている。

しかして、本実施形態によると、以下の作用効果を奏する。
給水加熱器１では、長年の使用によって、内部部品である伝熱管群１３を構成するＵ字状細管１３Ａが蒸気流により損傷される恐れがある。損傷されたＵ字状細管１３Ａは、孔が開く前に止め栓が施され、使用が停止されるが、その本数が増加して行くと、給水加熱器１の性能が低下し、発電プラントの効率に影響を及ぼすこととなるため、或る段階において伝熱管群１３を取替えるようにしている。

この伝熱管群１３の取替え補修に際しては、まず、胴部本体２を溶断または切断加工予定部２Ｃでガス溶断またはカッター切断により２つ、すなわち胴部本体２Ａと胴部本体２Ｂとに切り離して内部を開放する。その上で、伝熱管群１３を管板４から取り外して取替える。この際、伝熱管群１３以外の健全な内部部品はそのまま使用される。その後、溶断または切断部において胴部本体２Ａ，２Ｂを溶接することによって、伝熱管群１３の補修が行われる。

本実施形態では、胴部本体２内部の溶断または切断加工予定部２Ｃに対応する部位に、内部部品を保護する保護板２０が設けられているので、内部部品である伝熱管群１３の取替え補修が必要となり、胴部本体２を溶断または切断加工予定部２Ｃでガス溶断またはカッター切断して給水加熱器１を補修する際、保護板２０によって内部部品を溶断ノロやカッター切断片から保護しながら、胴部本体２をガス溶断またはカッター切断して開放することができる。従って、溶断ノロやカッター切断片の落下等により健全な内部部品が損傷される問題を解消することができる。

また、保護板２０は、胴部本体２の内周面に対して１００ｍｍ〜２００ｍｍの間隔を隔てて設けられるので、胴部本体２の内周面と保護板２０との間に、胴部本体２をガス溶断またはカッター切断する際、保護板２０自体がガス溶断やカッター切断に巻き込まれることのない適正な隙間を確保することができる。従って、胴部本体２だけを安全にガス溶断またはカッター切断することができ、溶断ノロやカッター切断片の落下等から内部部品を確実に保護し、内部部品の損傷を防止することができる。

また、保護板２０は、胴部本体２の長さ方向に沿う幅寸法が１５０ｍｍ〜３００ｍｍとされている。このような幅寸法とすることにより、ガス溶断またはカッター切断時の切断幅に対して、溶断ノロやカッター切断片の内部部品上への落下を防止するのに必要かつ十分な幅を確保することができる。従って、溶断ノロやカッター切断片の内部部品上への落下を確実に防止することができると同時に、保護板２０の設置範囲を必要最小限とし、胴部本体２内を流動する蒸気流を阻害することによる性能低下を抑制することができる。

また、保護板２０は、胴部本体２の内周面に設けられる複数の支持板２１により支持されている。このため、内部部品の構成に何ら影響を与えることなく、保護板２０を胴部本体２の内周面に設置することができる。従って、保護板２０を設けることによる内部部品構成や熱交換性能への影響を排除することができる。しかも、保護板２０は、ステンレス製とされているため、ガス溶断またはカッター切断時に発生する高温の溶断ノロやカッター切断片が落下することにより、保護板２０自体がダメージを受けて損傷される事態を回避し、保護板２０としての寿命を長期にわたり確保することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、給水加熱器１がドレンクーリング部１７を有する構成とされている点が異なっている。その他の点については第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態に係る給水加熱器１は、胴部本体２内の一端側のドレン出口管５に対応する部分に、ドレンクーリング部１７が設けられる。このドレンクーリング部１７は、所定長さを有する半円形状の内筒１８により構成され、該内筒１８が胴部本体２内の下半部に胴部本体２の長さ方向に沿って設置される。ドレンクーリング部１７は、胴部本体２の底部に向けて開口されるドレンスパウト１９を有し、該ドレンスパウト１９を介して内筒１８内に送り込まれるドレン水と内筒１８内を貫通する伝熱管群１３内を流通される水とを熱交換させ、ドレン水の顕熱により伝熱管群１３内を流通される水を加熱するために設けられるものである。

さらに、本実施形態では、胴部本体２を溶断または切断加工予定部２Ｃでガス溶断またはカッター切断する際に内部部品を保護するための保護板３０が、ドレンクーリング部１７の上方部に設けられる。この保護板３０は、略半円筒形状に構成され、胴部本体２の内周面に支持板２１を介して支持される。ここでの保護板３０は、ドレンクーリング部１７を構成する半円筒形状の内筒１８に胴部本体２の下半部の保護板機能を兼用させることができるため、内筒１８に接続して胴部本体２の上半部のみに設けられる。

上記のように、半円筒形状をなす保護板３０を設けることによっても、伝熱管群１３等の内部部品を補修するため、胴部本体２を溶断または切断加工予定部２Ｃで溶断または切断する際に、胴部本体２の上半部において内部部品を保護することができる。残りの下半部については、ドレンクーリング部１７を構成する内筒１８が保護板としての機能を果たし、内部部品を保護する。これにより、溶断ノロやカッター切断片から内部部品を確実に保護することができる。従って、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。この実施形態は、胴部本体２の内部にドレンクーリング部１７が設けられる構成の給水加熱器１に有効に適用することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、本発明において、内部部品とは、伝熱管群１３やそれを支持する邪魔板１４、支持棒１５、あるいは受衝板１６等を含む胴部本体２内に設けられるすべての部品、部材を意味するものである。また、上記実施形態では、保護板２０，３０を支持板２１により胴部本体２の内周面に支持した例について説明したが、保護板２０，３０は、管板４あるいは邪魔板１４等の内部部品に取付けることもできる。

また、保護板２０，３０の幅方向寸法や胴部本体２の内周面との間隔等は、必ずしも上記実施形態の範囲に限られるものではなく、熱交換器の大きさ等に対応させて適宜変更されるものである。さらに、本発明は、給水加熱器に限定されるものではなく、多管円筒形の熱交換器に広く適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る給水加熱器の平面図である。 図１に示す給水加熱器の内部部品の一部を省略して示す縦断面図である。 図１に示す給水加熱器の保護板設置部付近における内部構造図（Ａ）とその左側面図（Ｂ）である。 図３の示す給水加熱器の保護板の詳細構造図（Ａ）とその側面図（Ｂ）である。 本発明の第２実施形態に係る給水加熱器の保護板設置部付近における内部構造図（Ａ）とその左側面図（Ｂ）である。

符号の説明

１ 給水加熱器（熱交換器）
２，２Ａ，２Ｂ 胴部本体
２Ｃ 溶断または切断加工予定部
４ 管板
６ 水室
１３ 伝熱管群（内部部品）
１３Ａ Ｕ字状細管
２０，３０ 保護板
２１ 支持板

Claims (5)

1. 筒状の胴部本体と、該胴部本体の一端に管板を介して設置される水室と、前記管板に接続されて前記胴部本体内に配設される多数の細管からなる伝熱管群とを備える多管円筒形の熱交換器において、
   前記胴部本体内部に設置されている内部部品の補修のため、前記胴体本体を溶断または切断等の加工をし開放するときに、前記内部部品を保護する保護板を、前記溶断または切断等の加工予定部に対応する前記胴部本体の内部に設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記保護板は、前記胴部本体の内周面に対して溶接および切断等の加工によって影響を受けないだけの間隔を隔てて設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記保護板は、円筒形状をなし、前記胴部本体の内周面に全周にわたって設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記保護板は、前記胴部本体の内周面に固定して設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載されている熱交換器の前記胴部本体内部に設置されている内部部品を補修する熱交換器の補修方法において、
   前記胴部本体を溶断または切断して内部を開放し、補修が必要な内部部品を補修後、前記胴部本体を前記溶断または切断部において溶接接合することを特徴とする熱交換器の補修方法。
   

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