KR101949050B1 - 가스 차단용 수봉 시스템 및 방법 - Google Patents

가스 차단용 수봉 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 고로에서 생산된 BFG를 재사용하기 위하여 사용 시설로 이송하는데 사용되는 가스 이송 배관의 가스 이송을 차단하기 위한 가스 차단용 수봉 시스템과, 이를 이용한 가스 차단용 수봉 방법을 제공한다. 가스 차단용 수봉 시스템은, 가스 이송 배관의 경로에 배치되는 U자형 수봉변과, 수봉변의 각 단부를 가스 이송 배관에 연결하는 신축 가능한 피팅부와, 수봉변의 하부에 배치되어 수봉변의 중량을 측정하는 중량 측정부와, 수봉변에 공급하는 물을 저장하는 저수조와, 수봉변의 중심에 연결되어 수봉변 내의 물의 충수 상태를 검출하는 오버플로우 배관과, 수봉변에 물을 기설정된 양만큼 채우고, 중량 측정부에서 측정된 수봉변의 중량이 감소되면, 감소된 중량만큼 저수조에 저장된 물을 수봉변에 공급하도록 구성된 제어부를 포함한다. 피팅부는 수봉변의 중량 변화에 따라 상하로 이동 가능하다.

Description

가스 차단용 수봉 시스템 및 방법{WATER SEALING SYSTEM AND METHOD FOR BLOCKING GAS}
본 발명은 가스 차단용 수봉 시스템 및 가스 차단용 수봉 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 고로에서 생성된 가스를 이송하는 배관에서 사용되는 가스 차단용 수봉변을 포함하여 가스를 차단할 수 있는 차단용 수봉 시스템 및 가스 차단용 수봉 방법에 관한 것이다.
고로에서 철 생산 중에는 BFG(Blast Furnace Gas)가 생성된다. BFG는 코크스를 사용하여 철광석이 금속 철로 환원될 때 생성되며, 통상적으로 불연성인 대략 60%의 질소와 18 내지 20%의 이산화탄소로 이루어지며, 나머지는 대부분 일산화탄소와 일부 수소를 포함한다. 생성된 BFG는 대기로 바로 버려지지 않고, 재사용을 위하여 이송된다. BFG의 이송을 위하여 배관 라인이 구성되며, 통상적으로 소형 구경에서 3800 A 이상의 대형 배관을 포함하여 설치된다.
고로의 수리 작업이나 화재 등의 비상 작업시에, BFG를 신속히 차단하여 화재, 폭발 및 가스 중독의 위험을 방지하기 위하여, 배관과 배관 사이에는 U자 형태의 수봉변(water seal valve)을 구비한다. 수봉변에 물을 채우는 것으로 BFG가 외부로 유출되는 것이 방지되어, 작업 기간 내에 고로 작업장에서 원활한 작업을 수행할 수 있다.
한편, 고로의 가스 ㅎ배관의 특성상 가스 흐름을 차단하기 위한 U자형 수봉변을 이용하는 경우, 수봉변을 일단은 대기 상태가 되고, 타단은 BFG 상태가 되어, 일단은 대기 압력이 걸리게 되고, 타단은 BFG의 가스 압력이 걸린 상태가 된다. 따라서, 양단의 양력 편차에 의한 배관 내 가스 압력 헌팅이 발생하게 되고, 수봉변에 채워진 물은 좌우로 유동하게 되어, 오버플로우 배관으로 물이 흘러 넘치게 되어 수봉변 내의 물의 양이 감소하게 된다.
따라서, 감소되는 물의 양만큼 수봉변에 물이 보충될 필요가 있다.
공개특허공보 10-2017-0064920(2017.06.12)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 작업자가 수동으로 오버플로우 상태를 감시할 필요 없이, 자동으로 오버플로우를 감시하고, 오버플로우에 따라 수봉변에 물을 보충할 수 있는 가스 차단용 수봉 시스템 및 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
일 양태에서, 본 발명의 일 실시예는, 고로에서 생산된 BFG를 재사용하기 위하여 사용 시설로 이송하는데 사용되는 가스 이송 배관의 가스 이송을 차단하기 위한 가스 차단용 수봉 시스템을 제공한다. 가스 차단용 수봉 시스템은, 가스 이송 배관의 경로에 배치되는 U자형 수봉변과, 수봉변의 각 단부를 가스 이송 배관에 연결하는 신축 가능한 피팅부와, 수봉변의 하부에 배치되어 수봉변의 중량을 측정하는 중량 측정부와, 수봉변에 공급하는 물을 저장하는 저수조와, 수봉변의 중심에 연결되어 수봉변 내의 물의 충수 상태를 검출하는 오버플로우 배관과, 수봉변에 물을 기설정된 양만큼 채우고, 중량 측정부에서 측정된 수봉변의 중량이 감소되면, 감소된 중량만큼 저수조에 저장된 물을 수봉변에 공급하도록 구성된 제어부를 포함한다. 피팅부는 수봉변의 중량 변화에 따라 상하로 이동 가능하다.
일 실시예에서, 오버플로우 배관은, 오버플로우 배관 내의 수위를 감지하기 위한 수위 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는, 수위 센서에서 감지된 수위에 따라 수봉변에 물을 기설정된 양만큼 채울 수 있다.
일 실시예에서, 가스 차단용 수봉 시스템은 오버플로우 배관의 수위를 표시하는 경광등을 포함할 수 있고, 제어부는, 오버플로우 배관의 수위가 기설정된 수위에 도달한 경우, 경광등을 점등할 수 있다.
일 실시예에서, 오버플로우 배관은, 수봉변 하부에 배치되어 수봉변의 물을 배수하기 위한 배수용 밸브를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 오버플로우 배관으로부터 오버플로우된 물은 저수조로 이송될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명의 일 실시예는, 고로에서 생산된 BFG를 재사용하기 위하여 사용 시설로 이송하는데 사용되는 가스 이송 배관의 가스 이송을 차단하기 위한 가스 차단용 수봉 방법을 제공한다. 가스 차단용 수봉 방법은, 가스 이송 배관의 경로에서 신축 가능한 피팅부를 통해 각 단부가 가스 이송 배관에 연결된 U자형 수봉변에 기설정된 양만큼 물을 채우는 단계와, 수봉변의 중량을 측정하는 단계와, 수봉변의 중량이 감소되면, 감소된 중량만큼 저수조에 저장된 물을 수봉변에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 수봉변의 각 단부는 피팅부를 통해 가스 이송 배관에 신축 가능하게 연결되고, 피팅부는, 수봉변의 중량 변화에 따라 상하로 이동 가능하다.
일 실시예에서, 가스 차단용 수봉 방법은, 수봉변의 중심에 연결되어 수봉변 내의 물의 충수 상태를 검출하는 오버플로우 배관을 통해 오버플로우 배관 내의 물의 수위를 검출하는 단계를 포함할 수 있고, 수봉변에 기설정된 양만큼 물을 채우는 단계는, 오버플로우 배관 내의 물의 수위가 기설정된 수위에 도달할 때까지 물을 채울 수 있다.
일 실시예에서, 가스 차단용 수봉 방법은, 오버플로우 배관의 수위가 기설정된 수위에 도달한 경우, 오버플로우 배관의 수위를 표시하는 경광등을 점등하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 차단용 수봉 방법은, 수봉변에 기설정된 양만큼 물을 채우는 단계 전에, 수봉변 하부에 배치된 오버플로우 배관의 배수용 밸브를 통해 수봉변의 물을 배수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 차단용 수봉 방법은, 오버플로우 배관으로부터 오버플로우된 물을 저수조로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 시스템 및 방법에 따르면, 작업자가 수동으로 오버플로우 상태를 감시할 필요 없이, 자동으로 오버플로우를 감시하고, 오버플로우에 따라 수봉변에 물을 보충할 수 있다.
본 발명의 실시예가, 유사한 요소가 유사하거나 동일한 도면 부호로 도시된 다음과 같은 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 가스 차단용 수봉 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 방법의 순서도를 도시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 시스템 및 방법을 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 가스 차단용 수봉 시스템(100)에 관하여 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 가스 차단용 수봉 시스템(100)의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 차단용 수봉 시스템은 일자형 배관(110) 사이에 연결된 U자형 수봉변(120)과, U자형 수봉변(120) 하부에 수봉변 배수용 차단 밸브(130, 132)와, U자형 수봉변(120)에 물을 공급하기 위한 충수용 밸브(140)와, U자형 수봉변(120)의 중앙에 위치한 오버플로우 배관(150)을 포함한다.
초기에, 작업자는 차단 밸브(130, 132)를 닫고, 충수용 밸브(140)를 열어, U자형 수봉변(120)에 물을 공급한다. 작업자는 오버플로우 배관(150)에 설치된 밸브(152)를 열고, 오버플로우 배관(150)의 상부를 통해 오버플로우 상태를 계속 감시한다. 오버플로우된 물은 오버플로우 배출 배관(160)을 통해 집수조(170)로 보내어진다. 집수조(170)에 집수된 물은 집수차 등을 통하여 폐기 처리된다.
오버플로우에 의해 물이 집수조(170)로 배출되게 되면, 작업자는 오버플로우 배관(150)을 통해 감시된 오버플로우 상태에 따라 충수용 밸브(140)를 통해 U자형 수봉변(120)에 물을 보충한다. 작업자는 수봉변 내의 오버플로우 상태를 확인하기 위하여 오버플로우 배관(150)을 항상 감시하여야 한다.
따라서, 작업자가 수동으로 오버플로우 상태를 감시할 필요 없이, 자동으로 오버플로우를 감시하고, 오버플로우에 따라 U자형 수봉변(120)0에 물을 보충할 수 있는 가스 차단용 수봉 시스템 및 방법이 요구된다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 시스템(200)에 관하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 시스템(200)의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 차단용 수봉 시스템(200)은, 고로에서 생산된 BFG를 재사용하기 위하여 사용 시설로 이송하는데 사용되는 가스 이송 배관(210)의 경로에 배치되는 U자형 수봉변(220)과, 수봉변(220)의 각 단부를 가스 이송 배관에 연결하는 신축 가능한 피팅부(230)와, 수봉변(220)의 하부에 배치되어 수봉변(220)의 중량을 측정하는 중량 측정부(240)와, 수봉변(220)에 공급하는 물을 저장하는 저수조(250)와, 수봉변(220)의 중심에 연결되어 수봉변(220) 내의 물의 충수 상태를 검출하는 오버플로우 배관(260)과, 수봉변(220)에 물을 기설정된 양만큼 채우고, 중량 측정부(240)에서 측정된 수봉변(220)의 중량이 감소되면, 감소된 중량만큼 저수조(250)에 저장된 물을 수봉변(220)에 공급하도록 구성된 제어부(도면에는 도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 가스 차단용 수봉 시스템(200)은 다음과 같이 동작한다.
초기에, 수봉변(220)을 수봉하기 위하여, 배출 밸브(270)를 닫는다. 그 다음, 수봉변(220)을 물을 충수하기 위하여, 밸브(274, 276)를 닫고 밸브(272)를 열어 배관을 통해 저수조(250)를 먼저 채운다. 저수조(250) 내에 구비되는 레벨 스위치와 같은 검출 수단을 통하여 저수조(250)의 수위에 따라 밸브(272)가 닫힌다. 이후, 밸브(274, 276)가 열려 수봉변(220)에 물이 유입된다. 수봉변(220) 내의 물이 충수가 완료되었는지 판단하기 위하여, 오버플로우 배관(260)을 통해 충수 상태가 검출된다. 일례로서, 오버플로우 배관(260)에는 오버플로우 배관(260) 내의 수위를 감지하기 위한 수위 센서(262, 264, 266)가 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 수위 센서는, 저수위 센서(262), 중간 수위 센서(262) 및 고수위 센서(264)를 포함할 수 있다. 오버플로우 배관(260) 내의 수위가 기설정된 수위에 도달하게 되면, 수봉변(220) 내의 물이 수봉에 필요한 만큼 충수되므로, 가스 이송 배관(210)으로 이송되는 고로에서 생산된 BFG가 이에 의해 수봉되고, 오버플로우 배관(260)의 상단의 밸브(288)가 열린다.
그 다음, 수봉변(220)의 하부에 배치된 중량 측정부(240)에서 수봉변(220)의 중량을 측정한다. 예를 들어, 중량 측정부(240)는 적어도 하나의 로드 셀형 스트레인 중량 측정 센서로 구성되어 수봉변(220)의 중량을 측정할 수 있다. 복수의 로드 셀로 구성되는 경우, 각 로드 셀에 의해 측정된 값의 평균을 수봉변(220)의 중량에 대응하여 측정할 수 있다. 측정된 수봉변(220)의 중량은 제어부에 저장된다.
가스 이송 배관(210)의 특성상 BFG 가스 생산 공장과 BFG 가스가 이송되는 사용 공장의 압력(예를 들어, 대기압)의 편차에 의해 배관 내에 압력 헌팅이 발생하므로, 수봉변(220)에 채워진 물은 좌우로 유동하게 되며, 이러한 유동에 의해 오버플로우 배관(260)에서 물이 흘러 넘치게 되어 오버플로우된 물은 배출 배관(280)을 통해 저수조(250)로 복귀된다. 이에 따라, 수봉변(220) 내의 물의 양은 감소하게 되고, 피팅부(230)는 수봉변(220)의 중량 변화에 따라 상하로 이동한다. 이에 따라 중량 측정부(240)로 측정된 수봉변(220)의 중량도 감소하게 된다.
일 실시예에서, 중량 측정부(240)가 수봉변(220)의 중량 변화를 용이하게 검출할 수 있도록, 가스 이송 배관(210)은 피팅부(230)와 피팅되는 단부 근처가 예를 들어 천장과 같은 부분에 고정 부착될 수 있다. 따라서, 피팅부(230)는 수봉변(220)의 중량이 감소하면 위로 이동하고 중량이 증가하면 아래로 이동하며, 이러한 변화에 따라 중량 측정부(2240)가 수봉변(220)의 중량을 용이하게 측정할 수 있다.
제어부는 감소된 중량만큼 물을 수봉변(220)에 보충하기 위하여 밸브(278)를 열어 저수조(250)에 있는 물을 수봉변(220)으로 공급한다(예를 들어, 도시되지 않은 펌프 등을 이용하여). 수봉변(220)의 중량이 이전 중량으로 복귀하면, 밸브(278)를 닫는다. 따라서, 작업자의 개입 없이 수봉변(220)의 충수 상태를 자동으로 파악하고, 오버플로우된 양만큼 물을 자동으로 보충할 수 있다.
한편, 가스 차단용 수봉 시스템(200)은, 오버플로우 배관(260)의 수위를 표시하는 경광등(290)을 포함하고, 제어부는 오버플로우 배관(260)의 수위가 기설정된 수위에 도달한 경우, 경광등(290)을 점등하여, 현재 수봉변의 상태를 작업자가 유안으로 알 수 있게 한다. 예를 들어, 오버플로우 배관(260)에는 저수위 센서(262), 중간 수위 센서(262) 및 고수위 센서(264)가 구비되고, 저수위가 검출될 때 적색 경광등이 점등되고, 중간 수위가 검출될 때 녹색 경광등이 점등되고, 고수위가 검출될 때 황색 경광등이 점등될 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 방법(300)의 순서도를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 차단용 수봉 방법(300)은 도 2에 도시된 가스 차단용 수봉 시스템(200)를 이용한 가스 차단용 수봉 방법일 수 있으며, 따라서, 도 2의 가스 차단용 수봉 시스템(200)를 함께 참조한다.
가스 차단용 수봉 방법(300)은, 처음에, 단계 S310에서, 고로에서 생산된 BFG를 재사용하기 위하여 사용 시설로 이송하는데 사용되는 가스 이송 배관(210)의 경로에서 신축 가능한 피팅부(230)를 통해 각 단부가 가스 이송 배관(210)에 연결된 U자형 수봉변(220)의 물을 배수한다. 물의 배수는 수봉변 하부에 배치된 오버플로우 배관의 배수용 밸브(270)를 통해 이루어진다. 피팅부(230)는, 수봉변(220)의 중량 변화에 따라 상하로 이동 가능하다.
다음으로, 단계 S320에서, 수봉변(220)에 기설정된 양만큼 물을 채운다. 일 실시예에서, 수봉변(220)의 중심에 연결되어 수봉변(220) 내의 물의 충수 상태를 검출하는 오버플로우 배관(260)을 통해 오버플로우 배관(260) 내의 물의 수위를 검출할 수 있고, 오버플로우 배관(260) 내의 물의 수위가 기설정된 수위에 도달할 때까지 물을 채울 수 있다.
단계 S330에서, 수봉변(220)의 중량을 측정한다. 그 다음, 단계 S340에서, 수봉변(220)의 중량이 가스 이송 배관(210)의 압력 헌팅 등으로 감소되었는지 판단한다. 수봉변(220)의 중량이 감소되지 않았으면(S340-아니오), 단계 S330으로 복귀하여 수봉변(220)의 중량을 계속 측정하여 모니터링한다. 수봉변(220)의 중량이 감소되었으면(S340-예), 단계 S350에서 감소된 중량만큼 저수조(250)에 저장된 물을 수봉변(220)에 공급하고, 단계 S320으로 복귀하여 수봉변(220)의 중량을 계속 측정하여 모니터링한다.
한편, 오버플로우 배관(260)의 수위가 기설정된 수위에 도달한 경우에는, 오버플로우 배관(260)의 수위를 표시하는 경광등(290)을 점등하여, 오버플로우 배관(260)의 오버플로우 상태를 나타낼 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 오버플로우 배관(260)으로부터 오버플로우된 물은 저수조(250)로 이송될 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예를 이용해 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시예에 기재된 범위로 한정되지는 않는다. 상기 실시예에, 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있다는 것이 당업자에게 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허청구범위의 기재로부터 분명하다.
200: 가스 차단용 수봉 시스템
210: 가스 이송 배관
220: 수봉변
230: 피팅부
240: 중량 측정부
250: 저수조
260: 오버플로우 배관
262, 264, 266: 수위 센서
268: 밸브
270: 배출 밸브
272, 274, 276, 278: 밸브
280: 배출 배관
290: 경광등

Claims (10)

  1. 고로에서 생산된 BFG를 재사용하기 위하여 사용 시설로 이송하는데 사용되는 가스 이송 배관의 가스 이송을 차단하기 위한 가스 차단용 수봉 시스템에 있어서,
    상기 가스 이송 배관의 경로에 배치되는 U자형 수봉변;
    상기 수봉변의 각 단부를 상기 가스 이송 배관에 연결하는 신축 가능한 피팅부로서, 상기 수봉변의 중량 변화에 따라 상하로 이동 가능한 피팅부;
    상기 수봉변의 하부에 배치되어 상기 수봉변의 중량을 측정하는 중량 측정부;
    상기 수봉변에 공급하는 물을 저장하는 저수조;
    상기 수봉변의 중심에 연결되어 상기 수봉변 내의 물의 충수 상태를 검출하는 오버플로우 배관; 및
    상기 수봉변에 물을 기설정된 양만큼 채우고, 상기 중량 측정부에서 측정된 수봉변의 중량이 감소되면, 감소된 중량만큼 상기 저수조에 저장된 물을 상기 수봉변에 공급하도록 구성된 제어부
    를 포함하는,
    가스 차단용 수봉 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오버플로우 배관은, 상기 오버플로우 배관 내의 수위를 감지하기 위한 수위 센서를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 수위 센서에서 감지된 수위에 따라 상기 수봉변에 물을 상기 기설정된 양만큼 채우는,
    가스 차단용 수봉 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오버플로우 배관의 수위를 표시하는 경광등을 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 오버플로우 배관의 수위가 기설정된 수위에 도달한 경우, 상기 경광등을 점등하는,
    가스 차단용 수봉 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오버플로우 배관은, 상기 수봉변 하부에 배치되어 상기 수봉변의 물을 배수하기 위한 배수용 밸브를 포함하는,
    가스 차단용 수봉 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오버플로우 배관으로부터 오버플로우된 물은 상기 저수조로 이송되는,
    가스 차단용 수봉 시스템.
  6. 고로에서 생산된 BFG를 재사용하기 위하여 사용 시설로 이송하는데 사용되는 가스 이송 배관의 가스 이송을 차단하기 위한 가스 차단용 수봉 방법에 있어서,
    상기 가스 이송 배관의 경로에서 신축 가능한 피팅부를 통해 각 단부가 상기 가스 이송 배관에 연결된 U자형 수봉변에 기설정된 양만큼 물을 채우는 단계;
    상기 수봉변의 중량을 측정하는 단계;
    상기 수봉변의 중량이 감소되면, 감소된 중량만큼 저수조에 저장된 물을 상기 수봉변에 공급하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수봉변의 각 단부는 피팅부를 통해 상기 가스 이송 배관에 신축 가능하게 연결되고, 상기 피팅부는, 상기 수봉변의 중량 변화에 따라 상하로 이동 가능한,
    가스 차단용 수봉 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수봉변의 중심에 연결되어 상기 수봉변 내의 물의 충수 상태를 검출하는 오버플로우 배관을 통해 상기 오버플로우 배관 내의 물의 수위를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 수봉변에 기설정된 양만큼 물을 채우는 단계는, 상기 오버플로우 배관 내의 물의 수위가 기설정된 수위에 도달할 때까지 물을 채우는,
    가스 차단용 수봉 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오버플로우 배관의 수위가 기설정된 수위에 도달한 경우, 상기 오버플로우 배관의 수위를 표시하는 경광등을 점등하는 단계를 더 포함하는,
    가스 차단용 수봉 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수봉변에 기설정된 양만큼 물을 채우는 단계 전에, 상기 수봉변 하부에 배치된 상기 오버플로우 배관의 배수용 밸브를 통해 상기 수봉변의 물을 배수하는 단계를 포함하는,
    가스 차단용 수봉 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 오버플로우 배관으로부터 오버플로우된 물을 상기 저수조로 이송하는 단계를 더 포함하는,
    가스 차단용 수봉 방법.
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