侯劍雄

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司， 廣東珠海 519050)

運(yùn)行與改造

汽動(dòng)給水泵替代電動(dòng)給水泵全程調(diào)節(jié)在金灣電廠的實(shí)踐

侯劍雄

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司， 廣東珠海 519050)

介紹了金灣電廠超臨界機(jī)組汽動(dòng)給水泵替代電動(dòng)給水泵全程調(diào)節(jié)技術(shù)的實(shí)踐過程。針對機(jī)組頻繁調(diào)停及電動(dòng)給水泵耗電高的不利現(xiàn)狀，提出了汽動(dòng)給水泵替代電動(dòng)給水泵實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)的措施。優(yōu)化操作后機(jī)組啟停時(shí)外購廠用電明顯降低，啟動(dòng)速度加快，給水泵并泵操作得到簡化，電動(dòng)給水泵維護(hù)費(fèi)用減少，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為超臨界機(jī)組汽動(dòng)給水泵替代電動(dòng)給水泵全程調(diào)節(jié)積累了經(jīng)驗(yàn)。

超臨界機(jī)組； 給水泵； 節(jié)能

火電廠機(jī)組啟停時(shí)通常使用電動(dòng)給水泵(簡稱電泵)提供給水。近年來，隨著發(fā)電容量的逐漸過剩，火電機(jī)組調(diào)停次數(shù)逐年增多?；痣姍C(jī)組啟動(dòng)時(shí)間長，電泵作為火電廠最大的輔機(jī)，消耗大量外購廠用電，啟動(dòng)時(shí)會對其他6 kV廠用設(shè)備造成沖擊。汽動(dòng)給水泵(簡稱汽泵)前置泵額定電流僅為電泵的1/10，若能代替電泵可節(jié)約廠用電，并可省去電泵和汽泵的并退泵操作，降低操作風(fēng)險(xiǎn)，加快啟動(dòng)速度，同時(shí)減少電泵使用頻率，降低維護(hù)費(fèi)用。因此，在機(jī)組啟停時(shí)若能用汽泵替代電泵運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)多重好處[1-2]。

但汽泵原設(shè)計(jì)在2 800 r/min以下為給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)階段，并不具備低給水流量調(diào)節(jié)能力。筆者對此問題進(jìn)行研究，基于金灣電廠的設(shè)備現(xiàn)狀，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，在不進(jìn)行設(shè)備改造的情況下，解決汽泵全程調(diào)節(jié)給水流量的問題。

1 設(shè)備概述

金灣電廠2臺機(jī)組為600 MW超臨界燃煤機(jī)組，于2007年投產(chǎn)。鍋爐型號為SG-1913/25.4，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒。鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)配有內(nèi)置式分離器，無啟動(dòng)循環(huán)泵。滿負(fù)荷額定主汽壓為24.2 MPa，給水系統(tǒng)配置2臺汽泵和1臺電泵。電泵出口設(shè)有調(diào)節(jié)閥，汽泵出口無調(diào)節(jié)閥，給水管路無調(diào)節(jié)閥。汽泵設(shè)有3路汽源，分別來自輔汽、4號抽及冷再。給水系統(tǒng)圖見圖1，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 給水系統(tǒng)圖

項(xiàng)目數(shù)值前置泵額定功率/kW560前置泵額定電流/A62.1前置泵額定揚(yáng)程/m137汽泵輔汽壓力/MPa0.31～0.90最低連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速/(r·min-1)2800一階臨界轉(zhuǎn)速/(r·min-1)2154給水泵汽輪機(jī)排汽溫度/℃<150電泵額定功率/kW8000電泵額定電流/A858鍋爐大板梁底標(biāo)高/m79.1除氧器頂部標(biāo)高/m26.2汽泵標(biāo)高/m13.7前置泵標(biāo)高/m0

2 汽泵替代電泵可行性和安全性分析

2.1 可行性分析

對汽泵啟動(dòng)過程的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，對技術(shù)可行性分析如下：

(1) 汽泵沖轉(zhuǎn)前鍋爐冷態(tài)上水問題。由表1數(shù)據(jù)可知：前置泵布置在汽輪機(jī)房0 m，前置泵額定揚(yáng)程為137 m，除氧器布置在26.2 m高度，相加總壓頭為163.2 m。鍋爐大板梁底部標(biāo)高為79.1 m，前置泵總壓頭與鍋爐高度值差值為84.1 m。因鍋爐啟動(dòng)時(shí)給水流量僅為額定流量的30%，沿程管道阻力小，故可使用前置泵給鍋爐冷態(tài)上水[3]。

(2) 鍋爐點(diǎn)火后給水流量的供給。鍋爐點(diǎn)火后，隨著主汽壓力的上升，當(dāng)前置泵無法滿足給水流量要求時(shí)，利用輔汽沖轉(zhuǎn)給水泵汽輪機(jī)，通過汽泵的升速提供給水。由于給水泵汽輪機(jī)是在鍋爐點(diǎn)火后才沖轉(zhuǎn)，此時(shí)凝汽器真空已建立，給水泵汽輪機(jī)具備沖轉(zhuǎn)條件[4]。

(3) 啟停時(shí)給水流量的控制。鍋爐啟動(dòng)注水時(shí)使用汽泵出口電動(dòng)閥進(jìn)行節(jié)流，實(shí)現(xiàn)小流量注水。鍋爐點(diǎn)火前，利用省煤器入口電動(dòng)閥節(jié)流控制給水流量。鍋爐升溫、升壓或停運(yùn)時(shí)，可通過調(diào)節(jié)汽泵轉(zhuǎn)速、汽泵再循環(huán)閥、省煤器入口電動(dòng)閥等手段來穩(wěn)定給水流量。

(4) 給水泵汽輪機(jī)汽源供給。給水泵汽輪機(jī)原設(shè)計(jì)有輔汽汽源作為調(diào)試用汽，在機(jī)組啟動(dòng)初期可使用輔汽沖轉(zhuǎn)，到達(dá)一定負(fù)荷后再切換至4號抽供汽。鍋爐停運(yùn)前，可將其中1臺給水泵汽輪機(jī)切換至輔汽供汽，運(yùn)行至鍋爐主燃料跳閘(MFT)動(dòng)作之后。

(5) 給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程與給水流量控制的矛盾。給水泵汽輪機(jī)原設(shè)計(jì)在沖轉(zhuǎn)時(shí)只在600 r/min、1 800 r/min停留，不能在臨界轉(zhuǎn)速2 154 r/min停留。給水泵汽輪機(jī)非線性的升速要求必然會影響給水流量的穩(wěn)定。解決方法是，給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，目標(biāo)值600 r/min、1 800 r/min根據(jù)鍋爐壓力來決定最佳沖轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)及停留時(shí)間，升速過程中通過調(diào)節(jié)省煤器入口電動(dòng)閥及汽泵再循環(huán)閥開度，配合穩(wěn)定給水流量。

通過以上分析可看出在不需要設(shè)備改造的前提下，機(jī)組啟停時(shí)利用汽泵替代電泵實(shí)現(xiàn)給水流量的控制是可行的。

2.2 安全性分析

給水泵汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速停留時(shí)間會變長。故要注意兩點(diǎn)：(1)注意排汽溫度不能超過限值，為盡可能降低排汽溫度，凝汽器要盡量提高真空運(yùn)行，并確保排汽減溫水閥開啟；(2)給水泵汽輪機(jī)在2 800 r/min以下非連續(xù)運(yùn)行區(qū)間時(shí)，應(yīng)注意監(jiān)視給水泵汽輪機(jī)和汽泵的振動(dòng)，盡量減少停留時(shí)間[5]。

由于給水泵汽輪機(jī)升速過程是非線性的，給水流量會產(chǎn)生波動(dòng)，存在給水流量控制不穩(wěn)鍋爐MFT動(dòng)作的可能，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視與操作。此外，汽泵出口電動(dòng)閥和省煤器入口電動(dòng)閥的節(jié)流操作使閥門存在磨損可能，應(yīng)盡量減少節(jié)流時(shí)間。

3 機(jī)組啟動(dòng)過程

3.1 汽泵替代電泵后啟動(dòng)過程

以A汽泵為第1臺沖轉(zhuǎn)汽泵為例，經(jīng)現(xiàn)場摸索、調(diào)整后的主要啟動(dòng)過程如下：

(1) 退出停爐停汽泵保護(hù)、給水泵汽輪機(jī)聯(lián)跳前置泵保護(hù)、給水泵汽輪機(jī)跳閘聯(lián)關(guān)出口電動(dòng)閥保護(hù)、汽泵沖轉(zhuǎn)允許條件中的“再循環(huán)閥全開”條件。全開汽泵再循環(huán)閥，啟動(dòng)A前置泵。此時(shí)要確認(rèn)汽泵是處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)槠棉D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力較小，給水流量可提高100 t/h。

(2) 鍋爐上水時(shí)采用單臺前置泵上水，因給水管道是空的，通過汽泵出口電動(dòng)閥節(jié)流注水。省煤器入口電動(dòng)閥則保持全開。單臺前置泵運(yùn)行時(shí)給水流量最高僅365 t/h，無法滿足鍋爐最低給水流量600 t/h的要求，故需啟動(dòng)B前置泵并列運(yùn)行。給水流量最高可達(dá)675 t/h，此時(shí)通過調(diào)節(jié)省煤器入口電動(dòng)閥開度實(shí)現(xiàn)變流量沖洗。變流量沖洗完成后，仍保持2臺前置泵運(yùn)行。汽泵再循環(huán)閥全開，關(guān)小省煤器入口電動(dòng)閥節(jié)流，維持給水流量550 t/h。

(3) 鍋爐點(diǎn)火。此時(shí)凝汽器真空已建立，將A給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至600 r/min，暖機(jī)20 min以上。 隨著鍋爐升溫、升壓，給水流量將逐漸降低。逐漸全開省煤器入口電動(dòng)閥，全關(guān)2臺汽泵再循環(huán)閥。當(dāng)鍋爐主汽壓力升至0.3 MPa時(shí)，給水流量已降至500 t/h，將A給水泵汽輪機(jī)升速至1 150 r/min。隨著給水泵汽輪機(jī)的升速過程，逐漸開啟B前置泵再循環(huán)閥，退出B前置泵帶水。A給水泵汽輪機(jī)開始升速時(shí)其排汽溫度會逐漸升高，應(yīng)盡量提高真空。

(4) 主汽壓力繼續(xù)上升，給水泵汽輪機(jī)隨之繼續(xù)升速。上升過程中通過轉(zhuǎn)速的控制，重新使汽泵再循環(huán)閥全開。轉(zhuǎn)速到達(dá)1 800 r/min時(shí)暖機(jī)25 min。暖機(jī)過程中鍋爐可繼續(xù)升壓，通過關(guān)小汽泵再循環(huán)閥來維持給水流量穩(wěn)定。給水泵汽輪機(jī)快速通過臨界轉(zhuǎn)速2 154 r/min時(shí)與1 800 r/min暖機(jī)時(shí)的操作原理類似。通過汽泵再循環(huán)閥的配合使給水流量基本恒定。此后，汽泵再循環(huán)閥保持全關(guān)狀態(tài)無需再開啟。

(5) 當(dāng)鍋爐主汽壓力升至4.5 MPa時(shí)，汽泵轉(zhuǎn)速為2 300 r/min，投入A汽泵給水控制器自動(dòng)，汽泵由“轉(zhuǎn)速控制”轉(zhuǎn)為“給水流量控制”模式。鍋爐吹管時(shí)，主汽壓力變化會造成給水流量變化，此時(shí)基本維持汽泵轉(zhuǎn)速恒定即可，無需過多干預(yù)。主汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后，給水泵汽輪機(jī)4號抽低壓汽源隨汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)暖管，給水泵汽輪機(jī)高壓汽源隨再熱器升溫、升壓暖管。

(6) 負(fù)荷到達(dá)150 MW時(shí)，用4號抽低壓汽源沖轉(zhuǎn)B給水泵汽輪機(jī)至600 r/min暖機(jī)；投入A給水泵汽輪機(jī)高壓汽源備用。此時(shí)要將A給水泵汽輪機(jī)高壓汽源投入備用，防止在接下來的加負(fù)荷過程中給水流量不足。250 MW時(shí)，并入B汽泵運(yùn)行。退A汽泵切換給水泵汽輪機(jī)汽源至4號抽供后重新并入。此時(shí)輔汽壓力高于4號抽壓力，故給水泵汽輪機(jī)低壓汽源切換速度要快，防止輔汽倒竄至4號抽管道。確認(rèn)2臺汽泵并列運(yùn)行正常，投入原退出的保護(hù)。

3.2 啟動(dòng)過程關(guān)鍵控制點(diǎn)

3.2.1 給水泵汽輪機(jī)排汽溫度高的解決

給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)長短于鍋爐升溫、升壓時(shí)長，采用汽泵上水后，為滿足鍋爐升溫、升壓速率不超限，給水泵汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速停留時(shí)間將變長，容易使排汽溫度升高。實(shí)踐過程中，曾在鍋爐點(diǎn)火前，軸封真空投入后即沖轉(zhuǎn)A給水泵汽輪機(jī)，僅依靠A前置泵和A汽泵維持鍋爐給水流量在550 t/h，但隨著鍋爐點(diǎn)火后汽泵轉(zhuǎn)速的上升，給水泵汽輪機(jī)排汽溫度逐漸升高，到1 350 r/min時(shí)已無法維持在150 ℃以下。故鍋爐點(diǎn)火時(shí)改為2臺前置泵并列運(yùn)行方式，將給水泵汽輪機(jī)升速時(shí)間推遲至鍋爐起壓后。鍋爐起壓后，一方面由于給水泵汽輪機(jī)維持相同的給水流量需更多的蒸汽量，另一方面此時(shí)凝汽器真空已明顯提高，給水泵汽輪機(jī)排汽溫度高問題得到解決。

3.2.2 減少汽泵阻力

實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，汽泵沖轉(zhuǎn)前本體阻力大，約占前置泵1/3的壓頭，導(dǎo)致單臺前置泵運(yùn)行時(shí)無法滿足500 t/h的點(diǎn)火流量要求。汽泵未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，給水流量為265 t/h；汽泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，給水流量為365 t/h。故鍋爐點(diǎn)火2臺前置泵并列運(yùn)行時(shí)，要確認(rèn)汽泵處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。

3.2.3 各閥門間的配合原則

汽泵出口電動(dòng)閥嚴(yán)密性要求高，為減少磨損，僅在鍋爐本體和給水管道注水初期進(jìn)行節(jié)流，其余時(shí)間保持全開；省煤器入口電動(dòng)閥起最主要的節(jié)流作用，在鍋爐升溫、升壓前控制給水流量，鍋爐點(diǎn)火后應(yīng)優(yōu)先全開此閥，然后給水泵汽輪機(jī)再升速；汽泵再循環(huán)閥因流量小，變化量<100 t/h，對總給水流量影響有限，用于配合給水泵汽輪機(jī)升速過程維持給水流量恒定。

3.2.4 升速過程與給水流量穩(wěn)定的矛盾解決

給水泵汽輪機(jī)的升速過程是非線性的，升速、暖機(jī)、過臨界轉(zhuǎn)速期間依靠調(diào)整汽泵再循環(huán)閥的開度來維持給水流量的恒定。

3.2.5 汽源切換時(shí)機(jī)

選擇在250 MW將給水泵汽輪機(jī)低壓汽源切換至4號抽基于3點(diǎn)考慮：(1)4號抽壓力為0.36 MPa，高于設(shè)計(jì)最低供汽壓力0.31 MPa并有一定余量，且4號抽蒸汽溫度高于輔汽溫度，此時(shí)切換汽源安全性高；(2)鍋爐已完成轉(zhuǎn)干態(tài)且脫硝系統(tǒng)噴氨已投入，機(jī)組運(yùn)行相對穩(wěn)定；(3)可實(shí)現(xiàn)汽源切換與并泵操作的相互配合與同步完成。汽源切換時(shí)要注意切換速度，因輔汽壓力高，防止輔汽倒供至4號抽。給水泵汽輪機(jī)高壓汽源應(yīng)在150 MW時(shí)投入備用，以防止鍋爐加負(fù)荷轉(zhuǎn)干態(tài)時(shí)給水流量不足。

3.2.6 降低給水泵汽輪機(jī)最低連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速

給水泵汽輪機(jī)和汽泵轉(zhuǎn)速在2 300 r/min及以上可連續(xù)運(yùn)行，監(jiān)視參數(shù)均在正常值內(nèi)，低于原設(shè)計(jì)最低連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速2 800 r/min。降低連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速后，可提前至發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前投入給水流量自動(dòng)控制，減輕運(yùn)行操作壓力，提高機(jī)組并網(wǎng)安全性。

3.2.7 過臨界轉(zhuǎn)速

給水泵汽輪機(jī)在通過臨界轉(zhuǎn)速2 154 r/min時(shí)，振動(dòng)升高不明顯，最高值為51.5 μm(給水泵汽輪機(jī)前軸承x方向振動(dòng))和42 μm(給水泵汽輪機(jī)后軸承x方向振動(dòng))。因此，不用擔(dān)心臨界轉(zhuǎn)速對汽泵替代電泵調(diào)節(jié)技術(shù)的負(fù)面影響。

4 機(jī)組停運(yùn)過程

以A汽泵為最后運(yùn)行泵為例，機(jī)組主要停運(yùn)過程如下：

(1) 退出A汽泵停爐停汽泵保護(hù)。在400～450 MW時(shí)，輔汽壓力與4號抽壓力接近相同，微開輔汽供給水泵汽輪機(jī)汽源電動(dòng)閥暖管。隨著暖管的進(jìn)行，該電動(dòng)閥逐漸開大直至全開，A給水泵汽輪機(jī)低壓汽源切至輔汽供汽。B給水泵汽輪機(jī)低壓汽源保持4號抽供汽，無需切換。

(2) 機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，保持2臺汽泵運(yùn)行，汽泵再循環(huán)閥手動(dòng)全開。負(fù)荷減至80 MW時(shí)，讓鍋爐MFT動(dòng)作，此時(shí)B汽泵自動(dòng)跳閘，A汽泵則保持運(yùn)行。手動(dòng)降低A汽泵轉(zhuǎn)速，維持給水流量<100 t/h，對鍋爐加藥保養(yǎng)。鍋爐滅火后由于快速采取悶爐措施，主汽壓能保持在8.5 MPa以上，此時(shí)給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在2 600 r/min左右，大于2 300 r/min的最低連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速。

(3) 鍋爐加藥完畢后打閘A汽泵，恢復(fù)停爐停汽泵保護(hù)。

機(jī)組停運(yùn)過程中，無需關(guān)小省煤器入口電動(dòng)閥和汽泵出口電動(dòng)閥進(jìn)行節(jié)流配合；去除了汽泵之間、汽泵與電泵的并退泵過程，大大簡化了給水泵的操作。

5 后續(xù)設(shè)備改造完善

機(jī)組啟動(dòng)過程中給水泵汽輪機(jī)低壓汽源由輔汽切換至4號抽時(shí)，因輔汽壓力為0.75 MPa，遠(yuǎn)高于4號抽壓力，存在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)及輔汽倒送至4號抽的風(fēng)險(xiǎn)。為保證給水流量穩(wěn)定，目前采用先退出汽泵，切換汽源后再并入的方法，操作量大，也不利于機(jī)組快速帶負(fù)荷。后續(xù)在輔汽供給水泵汽輪機(jī)汽源管路上增加壓力調(diào)節(jié)閥，有以下2點(diǎn)好處：(1)汽源切換時(shí)可將給水泵汽輪機(jī)輔汽壓力調(diào)至與4號抽一致，汽泵轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定，不用退出汽泵；(2)鍋爐啟動(dòng)初期第1臺汽泵啟動(dòng)時(shí)可降低汽源壓力至0.1 MPa沖轉(zhuǎn)，從而有效降低排汽溫度，不用啟動(dòng)第2臺前置泵，進(jìn)一步簡化操作。

另外，省煤器入口電動(dòng)閥原設(shè)計(jì)為全開全關(guān)型，改造為節(jié)流型閥門。

6 結(jié)語

在充分利用設(shè)備現(xiàn)狀的條件下，汽泵替代電泵全程調(diào)節(jié)技術(shù)在金灣電廠得到了成功實(shí)施，該技術(shù)具有以下2點(diǎn)優(yōu)勢：

(1) 機(jī)組啟停過程全程均可采用汽泵提供給水，電泵無需運(yùn)行，減少了大量的外購廠用電；同時(shí)電泵運(yùn)行時(shí)間大幅減少，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2) 簡化操作，加快機(jī)組啟動(dòng)速度。機(jī)組啟停機(jī)時(shí)減少了汽泵之間、汽泵和電泵的并泵過程，總體上簡化了給水泵操作量，運(yùn)行操作得到簡化，并加快了機(jī)組啟動(dòng)速度。通過降低給水泵汽輪機(jī)最低連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)給水在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前投入自動(dòng)控制，提高了給水安全性，也有利于減輕操作壓力及加快機(jī)組啟動(dòng)速度。

給水泵汽輪機(jī)在通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)升高不明顯，臨界轉(zhuǎn)速對汽泵低轉(zhuǎn)速時(shí)控制給水流量的影響很小。后續(xù)對給水泵汽輪機(jī)的輔汽汽源進(jìn)行適當(dāng)改造可進(jìn)一步簡化操作，提高汽源切換的安全性。實(shí)踐證明，采用汽泵替代電泵全程調(diào)節(jié)給水是可行的，操作過程安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。

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Full-process Regulation Practice Using Steam Feed Pump Instead of Electric Feed Pump in Jinwan Power Plant

Hou Jianxiong

(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co., Ltd., Zhuhai 519050, Guangdong Province, China)

An introduction is presented to the full-process regulation practice using steam pump instead of electric pump in the supercritical unit of Jinwan Power Plant. In view of the disadvantages of frequent mediation and high power consumption of electric feed pump, the way to use steam feed pump instead of electric feed pump during unit starting was proposed. After application of the method previously proposed, the outsourcing electricity is significantly reduced during start-up and shut-down of the unit, while the start-up speed is accelerated, the feed pump combining operation is simplified, the maintenance cost of electric feed pump is reduced, with good economic benefits obtained, which may serve as a reference for full-process regulation using steam feed pump instead of electric feed pump in supercritical units.

supercritical unit; feed pump; energy saving

2016-04-06；

2016-06-21

侯劍雄(1975—)，男，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行技術(shù)與管理工作。

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