KR20010068121A - The same time damage perception monitering system of buried pipes in underground by the other construction and the impact position calculation method of gas pipes - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 매설된 가스배관의 상태를 감지하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스배관에 가해지는 충격을 무선데이터 통신망을 이용하여 실시간으로 모니터링하여 이를 감시자가 인식할 수 있도록 표시하거나 위험신호를 발생함으로써 사고발생을 미연에 방지할 수 있는 가스배관 감시 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for detecting a state of an embedded gas pipe, and more particularly, to monitor a shock applied to the gas pipe in real time using a wireless data communication network so that a monitor can recognize it or display a dangerous signal. The present invention relates to a gas pipeline monitoring system that can prevent accidents by occurring.
또한, 본 발명은 타공사에 의한 가스배관의 손상 위치를 보다 더 정도 높게 산출하여 아무런 보수없이 매설되는데 따른 가스폭발 사고 예방에 만전을 기할 수 있는 가스배관 충격위치 산출방법을 제공함에 있는 것이다.In addition, the present invention is to provide a gas pipe impact position calculation method that can be made to prevent gas explosion accidents caused by buried without any repair by calculating the damage position of the gas pipe by another construction to a higher degree.
일반적으로 송유관 또는 대형 가스배관에는 배관을 통해 공급되는 물질이 외부로 누출시 자칫 대형 폭발사고를 유발하게 된다.In general, when a material supplied through a pipe leaks into an oil pipe or a large gas pipe, it causes a large explosion accident.
가스배관은 부식 등의 화학작용에 의해 파손되지 않도록 피복 등으로 코팅이 되어 있다. 그런데, 상기 피복은 제품의 자체불량 또는 외부로부터 인가되는 충격에 의해 피복이 벗겨지거나 배관의 표면이 외부로 노출이 되면 배관의 표면이 부식됨으로써 가스누출 등의 사고가 종종 발생하게 된다. 특히, 매설된 가스배관은 지반침하, 단층변화 등과 같은 일부 자연 환경외에 타공사에 의한 손상이 대부분을 차지한다.The gas piping is coated with a coating so as not to be damaged by chemical action such as corrosion. However, when the coating is peeled off due to a defect of the product itself or an impact applied from the outside, or the surface of the pipe is exposed to the outside, the surface of the pipe is corroded, so that an accident such as gas leakage occurs. In particular, buried gas pipelines are mostly damaged by other construction in addition to some natural environments such as ground subsidence and fault change.
이처럼 타공사에 의한 가스배관의 손상은 사고 즉시 보고되지 않는 경향이 있어, 시간이 경과함에 따라 커다란 위험을 초래하기도 한다. 만약, 그러한 손상부위가 보고되지 않고 보수없이 매설되는 경우 가스배관에 부식을 야기해 가스누설로 인한 가스폭발을 발생시킬 수 있다.As such, damage to the gas pipes caused by other constructions tends not to be reported immediately after an accident, which causes a great risk over time. If such damage is not reported and buried without repair, it may cause corrosion of the gas pipes and cause a gas explosion due to gas leakage.
따라서, 타공사에 의해 배관에 가해지는 충격을 실시간으로 감시할 수 있는 시스템이 필요하다.Therefore, there is a need for a system capable of monitoring in real time the impact on the pipes by other construction.
일예로 미국의 경우 GRI(Gas Research Institute)에서는 가속도센서 및 수중음향기를 모의배관에 설치하여 5.1Km 떨어진 거리에서도 감지를 꾀하기도 하였고, 일본의 경우는 배관의 방식전위의 변화량을 측정하여 배관에 가해지는 충격을 실시간으로 감지하는 연구가 진행되었으나 이는 일본에서만 적용 가능하고 그리 실용적이지 못하였다.For example, in the United States, GRI (Gas Research Institute) installed acceleration sensors and hydroacoustic instruments in a simulated pipe to detect them even at a distance of 5.1 km away. A study was conducted to detect a shock in real time, but this was only applicable in Japan and was not very practical.
그리고, 본 발명의 출원인도 가속도센서를 운영중인 활배관에 설치하여 5.3Km 구간의 충격 감지를 꾀하였고, 충격위치를 구하고자 모의배관에서 연구를 수행한 바 있었다.In addition, the applicant of the present invention was installed in a live pipe to operate the acceleration sensor to detect the impact of 5.3Km section, and the study was performed in the simulation pipe to obtain the impact position.
하지만 이들 대부분은 배관에 가해지는 충격을 실시간으로 감지할 수 있는 센서를 이용한 방법들로서 충격 감지 기법에 초점을 둔 기초적인 단계의 수준이어서 실제 현장에는 적용되지 못하였다.However, most of them are sensors that can detect shocks on pipes in real time, and they are not applied to actual sites because they are the basic stages focused on the shock detection technique.
그리고, 매설 가스배관에 가해지는 충격을 실시간으로 모니터링하여 충격의 유, 무를 감지한다 하더라도 충격의 위치를 산출하는데 가장 큰 어려움을 안고 있었다.In addition, even though the impact applied to the buried gas pipeline was monitored in real time, the greatest difficulty was found in calculating the location of the impact even if the shock was detected.
상기한 문제점 해소를 위해 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 매설되는 가스배관에 충격이 가해질 경우 충격파는 배관의 가스를 타고 양방향으로 전파하게 되는 점에 착안하여 배관에 가해지는 충격을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 실시간 가스배관 모니터링 시스템을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention for solving the above problems is that the shock wave propagated in both directions by the gas of the pipe when the impact is applied to the gas pipe buried can monitor the impact on the pipe in real time. The purpose is to provide a real-time gas pipeline monitoring system.
또한, 본 발명은 상기 실시간 모니터링 시스템이 무선데이터 통신망을 이용함으로써 원거리에서도 실시간으로 감시가 가능하고, 배관에 가해지는 충격 위치 또한 보다 더 정도 높게 산출할 수 있는 실시간 가스배관 모니터링 시스템의 충격위치 산출방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.In addition, the present invention is a method of calculating the impact location of the real-time gas pipeline monitoring system that can be monitored in real time even at a long distance by using the wireless data communication network, the impact position applied to the pipe can be calculated even higher. The purpose is to provide.
상기한 목적 달성에 따라 본 발명의 실시간 가스배관 모니터링 시스템은 배관의 양쪽 가장자리에 배관에 가해지는 충격을 감지하도록 된 가속도센서를 설치하고, 여기에 부수적인 장치 즉, 감지된 신호를 증폭 및 필터링하는 증폭 및 대역여파기, 상기 증폭 및 대역여파기에 의해 증폭된 신호를 A/D로 변환하고 트리거 (trigger)하는 신호처리기, 트리거된 신호를 실시간으로 데이터 분석 처리기에 전송하는 모뎀, 상기 데이터 분석 처리기의 데이터를 출력하는 모니터를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.In accordance with the above object, the real-time gas pipeline monitoring system of the present invention installs an acceleration sensor on both edges of a pipe to detect an impact applied to the pipe, and amplifies and filters an additional device, that is, a detected signal. Amplification and bandpass filters, a signal processor for converting and triggering signals amplified by the amplification and bandpass filters to A / D, a modem for transmitting a triggered signal to a data analysis processor in real time, data of the data analysis processor It characterized in that it comprises a monitor for outputting.
상기 데이터 분석 처리기는 양쪽 구간의 충격신호를 모니터링하여 이를 감시자에 알려주는 알람이 구비되어 위험발생 신호를 발생 및 시간차를 구하여 충격위치를 연산하는 방법을 그 특징으로 하고 있다.The data analysis processor is characterized by a method for calculating a shock location by generating a time signal and a time difference between the generation of a dangerous signal is provided with an alarm to monitor the shock signal of both sections to inform the monitor.
이하, 본 발명에 따른 실시간 가스배관 모니터링 시스템의 구성 및 작용 효과 등을 첨부 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation effects of the real-time gas pipe monitoring system according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 타공사에 의한 매설배관의 실시간 손상감지 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing a schematic configuration of a real-time damage detection monitoring system of a buried pipe by another construction according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 타공사에 의한 매설배관의 실시간 손상감지 모니터링 시스템의 흐름도,2 is a flow chart of a real-time damage detection monitoring system of buried piping by another construction according to the present invention,
도 3은 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 모식도,3 is a schematic diagram showing a specific embodiment of the present invention,
도 4는 도 3의 실시예에 있어서 5kg 추에 의한 센서 A와 센서 B의 입력신호에 대한 결과치를 나타내는 선도,4 is a diagram showing the result of the input signal of the sensor A and the sensor B by the 5kg weight in the embodiment of FIG.
도 5는 도 3의 실시예에 있어서 추의 무게를 달리한 센서 A의 입력신호 주파수 분석 결과치를 나타낸 선도,FIG. 5 is a diagram showing an input signal frequency analysis result of the sensor A having different weights in the embodiment of FIG. 3;
도 6은 도 3의 실시예에 있어서 추의 무게를 달리한 센서 B의 입력신호 주파수 분석 결과치를 나타낸 선도,6 is a diagram showing an input signal frequency analysis result of the sensor B having different weights in the embodiment of FIG. 3;
도 7은 20kg 바벨의 충격에 의한 센서 A의 주파수 분석 결과치를 나타낸 선도.Fig. 7 is a graph showing the results of frequency analysis of sensor A by the impact of 20 kg barbells.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※
10 : 가스배관 20,30: 센서10: gas piping 20,30: sensor
40 : 증폭기/대역여파기 50 : 신호처리기40: amplifier / band filter 50: signal processor
60 : 모뎀 70 : 데이터 분석 처리기60: modem 70: data analysis processor
80 : 모니터 90 : 알람80: monitor 90: alarm
도 1은 본 발명의 가스배관 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a gas pipe monitoring system of the present invention.
가스배관(10)에 충격이 가해질 경우 충격파는 배관의 가스를 타고 양방향으로 전파하게 되므로 가스배관(10)의 양쪽 가장자리에 배관의 충격을 감지할 수 있도록 된 가속도센서A, B(20)(30)를 설치하고, 상기 가속도센서A, B(20,30)에 의해 감지된 신호를 증폭 및 필터링하는 증폭기 및 대역여파기(40), 증폭된 신호를 A/D로 변환하여 트리거(trigger)하는 신호처리기(50), 트리거된 신호는 모뎀(60)을 통해 실시간으로 데이터 분석 처리기(70)에 전송함과 아울러 이를 모니터(80)를 통해 출력하도록 되어 있다.When the shock is applied to the gas pipe 10, the shock wave propagates in both directions by the gas of the pipe, so that the acceleration sensor A, B (20) (30) to detect the impact of the pipe on both edges of the gas pipe (10) ), An amplifier and band filter 40 for amplifying and filtering the signals sensed by the acceleration sensors A and B (20, 30), and a signal for converting and triggering the amplified signal to A / D. The processor 50 and the triggered signal are transmitted to the data analysis processor 70 in real time through the modem 60 and output through the monitor 80.
상기 데이터 분석 처리기(70)는 양쪽 구간의 충격신호 데이터를 비교하여 위험발생 신호를 발생하는 알람(90) 및 시간차를 구하여 충격위치를 연산한다.The data analysis processor 70 calculates an impact location by comparing the shock signal data of both sections to obtain an alarm 90 and a time difference for generating a danger signal.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 가스배관 모니터링 시스템의 흐름도를 도시하였다.2 is a flowchart of a real-time gas pipe monitoring system according to the present invention.
배관의 양쪽 끝단에 고정되게 설치된 312pC/g의 감도를 가진 가속도센서A, B(20,30)가 배관에 가해지는 충격 신호를 감지하면, 상기 감지 신호는 먼저 증폭기에서 10V/g로 증폭되어 증폭기에 내장된 대역여파기(bandpass filter)로 1 ∼ 1kHz대역의 신호를 필터링하고, 필터링 신호에 따라 신호처리기(50)에서는 정해진 크기보다 큰 신호가 들어오면 이를 트리거하고, 이때 트리거시간과 웨이브를 RS232C의 19,200bps로 모뎀(60)을 통하여 데이터 분석 처리기(70)에 보낸다.When the acceleration sensors A and B (20, 30) with a sensitivity of 312 pC / g fixedly installed at both ends of the pipe detect a shock signal applied to the pipe, the detected signal is first amplified to 10 V / g in the amplifier and The built-in bandpass filter filters signals in the 1 kHz to 1 kHz band, and according to the filtering signal, the signal processor 50 triggers a signal larger than a predetermined size and triggers a trigger time and a wave of the RS232C. 19,200bps to the data analysis processor 70 through the modem 60.
배관의 반대쪽에 설치된 가속도센서(30)에 의해 감지된 신호는 증폭기를 거친 신호를 이더넷(ethernet)으로 트리거하고, 트리거 신호와 웨이브를 데이터 분석 처리기(70)로 보내면 상기 데이터 분석 처리기(70)는 이들 데이터를 비교 분석하여 감시자가 알 수 있도록 알람을 발생시킨다.The signal sensed by the acceleration sensor 30 installed on the opposite side of the pipe triggers a signal through the amplifier to the Ethernet, and sends a trigger signal and a wave to the data analysis processor 70, the data analysis processor 70 The data is compared and analyzed to generate an alarm for the watcher to know.
한편, 충격위치를 알기 위해서는 두개의 센서(20,30)를 배관(10)의 양쪽에 설치하고 충격 신호의 속도 및 도달된 시간차를 알면 충격위치를 파악할 수 있다.On the other hand, in order to know the impact position, two sensors 20, 30 are installed on both sides of the pipe 10, and the impact position can be determined by knowing the speed and time difference of the impact signal.
x1은 충격지점 C에서 센서 A까지의 거리, x2는 충격지점 C에서 센서 B까지의 거리이다. D는 센서 A와 센서 B 사이의 배관 실제거리라고 가정하면 x1,x2의 거리는 다음 식 (1), (2)로 나타낼 수 있다.x 1 is the distance from impact point C to sensor A, and x 2 is the distance from impact point C to sensor B. Assuming that D is the actual pipe distance between sensor A and sensor B, the distance of x 1 , x 2 can be expressed by the following equations (1) and (2).
여기서, v는 매질내의 음향파 속도이고, t1은 음향파가 센서 A에 도달하는데 걸리는 시간, t2는 음향파가 센서 B에 도달하는데 걸리는 시간이다Where v is the speed of acoustic waves in the medium, t 1 is the time it takes for the acoustic waves to reach sensor A, and t 2 is the time it takes for the acoustic waves to reach sensor B.
(실험 1)(Experiment 1)
도 3에 나타낸 바와 같이 해저 가배관 설치지점의 직선거리(L)는 1,334m, 심해의 평균 깊이(d)는 13m이고, 배관 실제 거리(D)는 1,365m이다.As shown in Fig. 3, the straight line distance L of the seabed provisional pipe installation point is 1,334m, the average depth d of the deep sea is 13m, and the actual pipe distance D is 1,365m.
이상적인 충격실험을 위해서는 직선거리(L) 구간내에서 실험을 해야 했으나 이 구간은 심해의 한 가운데인 관계로 도 3에 도시한 바와 같이 센서 B(30)와 0.3m 이격된 P점에서 충격을 가하였으며, 이 실험을 위해 별도의 충격기를 사용하였으며, 이때 사용되는 충격기에는 5kg의 추를 사용하였고, 배관은 실제 운용중인 두께 1.7cm, 직경은 12inch, 압력은 약 8.6kgf/㎠의 배관을 이용하였다.For the ideal impact test, the experiment should be conducted within the straight distance (L) section. However, this section is in the middle of the deep sea, so as shown in FIG. 3, the shock is applied at P point 0.3 m away from the sensor B (30). For this experiment, a separate impact machine was used, and a 5kg weight was used for the impact machine, and a pipe of 1.7cm in diameter, 12inch in diameter, and a pressure of about 8.6kgf / ㎠ was used. .
그리고, 충격신호를 감지하는 가속도센서(20,30)는 312pC/g의 감도를 가진 가속도센서가 이용되고, 증폭기는 10V/g로 증폭하여 이를 증폭기에 내장된 대역여파기(bandpass filter)로 1 ∼ 1kHz대역의 신호로 필터링하고 신호처리기에서 정해진 크기보다 큰 신호가 들어오면 트리거 한다.The acceleration sensors 20 and 30 for detecting the shock signal are used with acceleration sensors having a sensitivity of 312 pC / g, and the amplifier amplifies the signal to 10 V / g and uses a bandpass filter built in the amplifier. It filters by the signal of 1kHz band and triggers when the signal is bigger than the fixed size.
그리고, 매질의 상태를 이상적인 천연가스로 가정하고, 각각의 상수는 한국가스공사 경남지사 통제소의 당시 가스 분석표를 이용하여 천연가스 배관내에서 충격 음파의 속도를 식(5)와 같이 구한다.In addition, assuming that the state of the medium as an ideal natural gas, each constant is obtained by using the gas analysis table of the KNSC Gyeongnam branch control station at the time of the impact sound waves in the natural gas pipeline as shown in Equation (5).
: 비열 상수 [1.32] Specific heat constant [1.32]
R : 가스 상수 [8,318J/kmol·K]R: gas constant [8,318J / kmolK]
T : 절대 온도 [291K]T: absolute temperature [291K]
M : 분자량 [18kg/kmol]M: molecular weight [18 kg / kmol]
도 4는 5kg추 충격시 센서 A와 센서 B의 입력신호를 나타내고 있다.Figure 4 shows the input signal of the sensor A and the sensor B during 5kg weight impact.
충격을 가하는 센서 B 구간의 신호분석기의 샘플링 타임은 10ms, 반대편 센서 A 구간의 신호분석기의 샘플링 타임은 100㎲로 하였다.The sampling time of the signal analyzer in the sensor B section to give an impact was 10ms, and the sampling time of the signal analyzer in the opposite sensor A section was 100ms.
도 5의 첫번째 입력신호가 센서 B의 입력신호이고, 두번째 입력신호가 센서 A의 신호이다. 센서 A와 센서 B의 시간차이는 3.9322sec의 결과치를 얻을 수 있었다.The first input signal of FIG. 5 is an input signal of the sensor B, and the second input signal is a signal of the sensor A. The time difference between sensor A and sensor B was 3.9322sec.
이와 같은 방법으로 동일 실험을 20회 실시한 결과는 이 시간에 크게 벗어나지 않음을 알 수 있었다.As a result of the same experiment 20 times was found that does not deviate significantly at this time.
센서 B의 충격레벨은 약 600mg 정도의 큰 신호가 입력되었고, 1,365m 떨어진 센서 A의 입력신호는 거리에 따라 약 3.5mg 정도로 감쇠가 일어났다. 이때 추 5kg의 충격은 실제 천공기나 포크레인의 타공사에 비교할 때 사실상 미미한 충격으로 간주할 수 있다.As for the shock level of sensor B, a large signal of about 600mg was input, and the input signal of sensor A, which was 1,365m away, attenuated about 3.5mg depending on the distance. At this time, an impact of 5 kg can be regarded as a virtual impact in comparison with other drilling machines or fork cranes.
이와 같은 실험은 충격레벨의 범위가 어떻게 주어짐에 따라 미미한 타공사나 광범위 충격위치 검출범위 거리를 얻을 수 있다는 것을 보여 주었다.Such experiments have shown that given the range of impact levels, marginal perforations or wide range of impact location detection can be obtained.
또한, 정상 상태의 주변 노이즈 신호 또는 차량이나 기타 장비등의 신호를 극복할 수 있다.In addition, it is possible to overcome the ambient noise signal of a steady state or a signal of a vehicle or other equipment.
도 4에서는 x1,x2의 트리거 시간차가 3.9322sec임을 보였다.In FIG. 4, the trigger time difference of x 1 and x 2 is 3.9322sec.
따라서, 실제거리((D) 도달거리 시간은 3.24sec가 소요되고, D의 거리는 1,365.012m가 된다.Therefore, the actual distance (D) reach time takes 3.24 sec, and the distance D is 1,365.012 m.
그러므로, 충격지점 C와 센서 A의 거리인 x1은 식 (1)로부터 1.365.312m로서 오차가 4.213m 이내의 오차가 발생됨을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that x 1 , the distance between the impact point C and the sensor A, is 1.365.312 m from Equation (1), and an error within 4.213 m occurs.
이 오차는 충격점의 거리가 약 1.3km 인 것을 감안하면 상당한 정확성을 보이고 있음을 알 수 있다.This error can be seen that the accuracy is significant considering that the distance of the impact point is about 1.3km.
도 5와 도 6은 센서 A와 센서 B의 임력신호를 주파수 분석한 결과로서 1.365m 떨어진 센서 A의 주파수는 36.2Hz이고, 36.2Hz의 주파수 대역은 사용된 추 5kg, 10kg, 20kg에 상관없이 같은 재질의 충격물체에서는 항상 같은 대역으로 나타났다.5 and 6 show the frequency analysis of the force signals of the sensor A and the sensor B. The frequency of the sensor A, which is 1.365 m away, is 36.2 Hz, and the frequency band of 36.2 Hz is the same regardless of the weights of 5 kg, 10 kg, and 20 kg used. In the impact object of the material always appeared in the same band.
(실험 2)(Experiment 2)
도 6은 30cm 이격거리에서 충격을 가했기 때문에 주파수 대역이 저주파 영역에서 나타났다. 이처럼 같은 재질 이외의 충격재인 다른 물체로 충격 실험을 동일하게 실시해 보았다.Figure 6 shows the frequency band in the low frequency region because the impact was applied at a distance of 30cm. In this way, the same impact experiment was conducted with other objects that are impact materials other than the same material.
이것은 20kg의 바벨로서 일정 높이 없이 임의로 10회 충격을 가한 것으로서, 위의 추보다는 충격에너지가 많은 상태이다. 이때의 센서 A의 주파수 분석을 도 7에 나타내고 있다.This is a barbell weighing 20 kg, which is shocked 10 times without a certain height, and has more impact energy than the weight above. The frequency analysis of the sensor A at this time is shown in FIG.
이와 같이 같은 재질의 충격주파수는 같은 매질에서 일정하기 때문에 실제 현장 적용시 충격량에 관계없이 자주 발생되는 타공사의 몇가지 종류 재질의 주파수 분석표를 만들면 타공사시 충격 원인을 바로 분석할 수 있는 것이다.In this way, the impact frequency of the same material is constant in the same medium, so if you make a frequency analysis table of several kinds of materials that are frequently generated regardless of the amount of impact during actual site application, the cause of the impact can be analyzed immediately.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실제 운용중인 가스배관에 가속도센서를 설치하고 상기 신호는 무선데이터 통신을 통하여 배관에 가해지는 충격을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention has an advantage that the acceleration sensor is installed in a gas pipe which is actually in operation, and the signal can monitor the impact applied to the pipe in real time through wireless data communication.
또한, 본 발명에서는 실시간으로 가스배관에 충격이 가해지는 음향파의 도달시간을 구함으로써 충격지점의 위치를 오차범위내에서 얻을 수 있었고, 동일 매질에서 충격물체의 재질이 결정되면 충격량에 관계없이 전달되는 음향과 진동의 주요 주파수를 주파수분석을 통하여 구함으로써 타공사시 주파수 분석을 통하여 충격원인을 바로 분석할 수 있는 등의 작용 효과를 가지는 매우 유용한 발명인 것이다.In addition, the present invention was able to obtain the location of the impact point within the error range by obtaining the arrival time of the acoustic wave that the impact on the gas pipe in real time, and if the material of the impact object is determined in the same medium, regardless of the amount of impact delivered It is a very useful invention that has the effect of such effect that the main cause of the sound and vibration to be obtained through frequency analysis can analyze the cause of impact through frequency analysis at the time of other construction.
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