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文檔簡介
1、GB-95設計規范GB-95 設計規范 條文說明總則目錄1.01 為了控制工業循環冷卻水系統內由水質引起的結垢、污垢和腐蝕,保證設備的 換熱效率和使用年限,并使工業循環冷卻水處理設計達到技術先進、經濟合理,制定本 規范。1.02 本規范適用于新建、擴建、改建工程中間接換熱的工業循環冷卻水處理設計。1.03 工業循環冷卻水處理設計應符合安全生產、保護環境、節約能源和節約用水的 要求,并便于施工、維修和操作管理。1 總則全文1.0.1 本條闡明了編制本規范的目的以及為了達到這一目的而執行的技術經濟原則。在工業生產中,影響水冷設備的換熱器效率和使用壽命的因素來自兩個方面,一 是工藝物料引起的沉積和腐
2、蝕;二是循環冷卻水引起的沉積和腐蝕。后者是本規范所要 解決的問題。因循環冷卻水未加處理而造成的危害是很嚴重的,例如,某化工廠,原來循環水 的補充水是未經過處理的深井水,每小時的循環量 9560t 。由于井水硬度大、堿度高, 每運行 50h 后,有 50%的碳酸鹽在設備、管道內沉積下來,嚴重影響換熱器效率。據統 計,空分透平壓縮機冷卻器,在運轉 3 個月后,結垢厚度達 20 。打氣減少 20%。該廠 不少設備、在運轉 3 個月后,必須停車酸洗一次,不但影響生產,而且浪費人力、物力。 為了防止設備管道內產生結垢,該廠在循環水中直接加入六偏磷酸鈉、EDTMP和 T 801水質穩定劑之后,機器連續 3
3、 年運行正常。雖然每年需要增加藥劑費用 2 萬元,但綜合 評價經濟效益還是合算的。又如某石油化工廠,常減壓車間設備腐蝕與結垢現象十分嚴 重, 573.5 面碳鋼排管平均使 16-20 個月后,垢厚達 15-40 。后經投加聚磷酸鹽 + 膦酸鹽 +聚合物的復合藥劑進行處理,對腐蝕、結垢和菌藻的控制取得了良好的效果。 每年可節約停車檢修費用約 60 萬元,延長生產周期增產的利潤約 70 萬元。減少設備更 新費用約 4.7 萬元。現將該廠水質處理前后的冷卻設備更新情況列表如下:某廠冷卻設備更新情況統計(單位:臺)表 1水質情況水質未加處理水質經過處理年份19711972197319741975197
4、6更換臺數裝置一套常減壓45二套常減壓1210773熱裂化2812312從上述情況可以看出,循環冷卻水采取適當的處理方法,能夠控制由水質引起的沉和腐蝕,保證換熱設備的換熱效率和使用壽命,保證生產的正生產的正常運行。本規范是根據國內工業循環冷卻水處理設計和生產實踐經驗而編制的。規范中的條文規定都是以成熟經驗為基礎并體現了國家的技術政策。規范中一些要求嚴格條文,均可通過設計、施工和管理達到。對于一些特殊情況,規范中也給予適當的靈活性,按 照本規范執行可以取得滿意的技術、經濟效果1.0.2 本條規定了規范的適用范圍,包括敞開式和密閉式兩類循環冷卻水系統。考慮到 直接換熱的循環冷卻水處理的特殊性,目前
5、尚不能統一作出具體的規定,故暫不包括在 內,俟條件成熟后再總結歸納。1.0.3 本條提出循環冷卻水處理設計的原則和要求。安全生產、保護環境、節約用水是在工業循環冷卻水處理設計中需要貫徹的國家 技術方針政策的幾個重要方面。在符合安全生產要求方面:循環冷卻水處理來當,首先 會使冷卻設備產生不同程度的結垢和腐蝕,導致能耗增加,嚴重時不僅會損壞設備,而 且會引起工廠停車、停產、減產的生產事故,造成極大的經濟損失。因此,安全生產首 先應保證循環冷卻水處理設施連續、穩定地運行并能達到預期的處理要求。其次,在循 環冷卻水處理的各個環節如循環水處理、旁流水處理、補充水處理、排水處理及其輔助 生產設施如倉庫、加
6、藥間、設計中都應該考慮生產上安全操作的要求。特別是使用的各 種藥劑如酸、堿、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑等,常常是有腐蝕性、有毒、對人體有 害的。因此,對各種藥劑的貯存、運輸、配制和使用,設計上都必須考慮有保證工作人 員衛生、安全的設施,并按使用藥劑的特性,具體考慮其防火、防腐、防毒、防塵等安 全生產要求。在保護環境方面:使用各種化學藥劑處理時,要注意避免和消除各種可能產生危 害周圍環境的不利因素,對于循環冷卻水各種處理設施中的“三廢 ”排放處理,尤須符合環境保護要求,嚴加控制。在節約能源方面:循環冷水系統中由水質形成冷卻設備的污垢是最常見的一種危 害。垢層降低了設備的換熱效率,影響產品的產量和
7、質量,而且造成能源的浪費。 1 的垢厚大約相當于 8%的能源損失,垢層越厚換熱效率越低,能源消耗越大,同時也使水 系統管道的阻力增大,直接造成動力的浪費。在冷卻水、補充水和旁流水處理設計系統 中,各種構筑物或設備及其管線布置等,都要注意節約能源、動力,應該力求達到單位 水處理成本最低、動力消耗最小的技術經濟指標。在節約用水方面:工業冷卻水占工業用水的70%-80%。要節約用水,首先要做到工業冷卻水循環使用,以減少凈水消耗和廢水排放量。在循環冷卻水系統中,提高設計 濃縮倍數,對于充分利用水資源、節約用水、節約藥劑、降低處理成本有很大的經濟效 果。現代化的大型工業企業尤其如此。如某化肥廠循環冷卻水
8、系統的濃縮倍數由 3 提高 到 5 ,即節約補充水量 20%左右,減少排污水量 50%以上,且每月可節約 6 萬元左右的經 營管理費用。在循環冷卻水處理的各個工藝過程中,還有相當一部分的自用水量,同樣 應該貫徹節約用水的原則, 充分利用循環冷卻水系統的優越性, 進一步發揮其節水潛力。因此,本條規定御環冷卻水處理設計應符合安全生產、保護環境、節約用水的要求。其次,工程設計是國家基本建設的重要環節, 設計的好壞直接影響到今后的施工、 運行和管理各方面的質量。在設計過程中,從一開始就應考慮便于施工、操作與維修, 做到安全使用,確保質量。1.0.4 本條提出在設計上采用新技術(包括新工藝、新藥劑、新設
9、備、新材料等方面) 的原則要求。我國循環冷卻處理技術的發展,由于歷史原因,大體上形成了兩個階級:從單純 防止碳酸鈣結垢到控制污垢、腐蝕和菌藻的綜合處理。到目前為止,積累了比較成熟的 使用經驗。但我國的循環冷卻水處理技術在各行業之間,以及在大、中、小容量不同的 水系統的發展上是很不均衡的。目前綜合處理主要應用在現代的大型工程上,對中、小型工程正處于逐步研究推廣階級。在綜合處理方面,從 70 年代引進技術以來,已經取 得了比較好的成績,有的已經達到國際先進水平,但某些方面也還存在差距。例如目前 在循環冷卻水處理上使用的化學藥劑,主要還只限于磷系藥劑,旁流水處理技術還只是 以旁流過濾為主等。因此,在
10、循環冷卻水處理的各個環節上,都還面臨開發新技術、使 用新的藥劑品種、采用新的工藝技術這樣一些重要課題,還需要不斷的吸收符合我國具 體情況的國外先進經驗。在國內各行業之間,也要根據生產實際需要,不斷吸收本部門 具體情況的國內其它行業的實際經驗。這些情況,都應該落實在總結生產實踐和科學試 驗的基礎上。對待新技術的采用,采取既積極又慎重的態度,使我國這門工程技術得以 穩步地向前發展1.0.5 本條規定了執行本規范與其它的國家標準、規范之間的關系問題。 本規范是從循環冷卻水處理的工藝范圍提出的,對于循環冷卻水處理旁流水處 理、補充水處理、排水處理等到方案中的水處理單體構筑物設施的設計,除因工藝處理 過
11、程的需要提出相應要求的條文以外,一般都不作規定,應按有關的國家標準、規范執 行。同時,在衛生、農業、漁業、環境保護等方面對工程設計的要求,同樣應按有關的標準、 規范執行。3循環冷卻水處理目錄3.1一般規定3.1.1循環冷卻水處理設計方案的選擇,應根據換熱設備設計對污垢熱阻值和腐蝕率的 要求,結合下列因素通過技術經濟比較確定:3.1.1.1循環冷卻水的水質標準;3.1.1.2水源可供的水量及其水質3.1.1.3設計的濃縮倍數(對敞開式系統)3.1.1.4循環冷卻水處理方法所要求的控制條件;3.1.1.5旁流水和補充水的處理方式;3.1.1.6藥劑對環境的影響。3.1.2循環冷卻水用水量應根據生產
12、工藝的最大小時用水量確定,供水溫度應根據生產 工藝要求并結合氣象條件確定。3.1.3當補充水水質資料的收集與選取應符合下列規定;3.1.3.1補充水水源為地表水時,不宜少于一年的逐月水質全分析資料;3.1.3.2當補充水源為地下水時,不宜少于一年的逐季水質全分析資料;3.1.3.3循環冷卻水處理設計應以補充水水質分析資料的年平均值作為設計依據,以最 差水質校核設備能力。3.1.4水質分析項目宜符合本規范附錄 A 的要求。3.1.5敞開式系統中換熱設備的循環冷卻水側流速和熱流密度,應符合下列規定:3.1.5.1管程循環冷卻水流速不宜小于 0.9m/s ;3.1.5.2殼程循環冷卻水流速不應小于
13、0.3m/s 。當受條件限制不能滿足上述要求時,應 采取防腐涂層、反向沖洗等措施;3.1.5.3熱流密度不宜大于 58.2kW/m 2 ;3.1.6換熱設備的循環冷卻水側管壁的污垢熱阻值各腐蝕率應按生產工藝要求確定,當 工藝無要求時,宜符合下列規定;3.1.6.1敞開式系統的污垢熱阻值為 1.72 10 -4 3.44 10 -4m 2.k/w3.1.6.2密閉式系統的污垢熱阻值宜小于 0.86 10 -4m 2.k/w3.1.6.3碳鋼管壁的腐蝕率宜小于 0.125mm/a,銅、銅合金和不銹鋼管壁的腐蝕率宜小 于 0.005mm/a3.1.7敞開式系統循環冷卻水的水質標準應根據換熱設備的結構
14、形式、材質、工況條件、污垢熱阻值、腐蝕率以及所采用的水處理配方等因素綜合確定,并宜符合表的 3.1.7 規循環冷卻水的水質標準 表 3.1.7項目單位要求和使用條件允許值根據生產工藝要求確定期 20懸浮物mg/L換熱設備為板式、翅片管式、螺旋板式樣10PH值根據藥劑配方確定7.0-9.2甲基橙堿度mg/L根據藥劑配方及工況條件確500Ca2+mg/L根據藥劑配方及工況條件確30-200Fe2+mg/L0.5碳鋼換熱設備1000Cl-mg/L不銹鋼換換熱器300SO42-mg/LSO42- 與 Cl - 之和 對系統中混凝土材質的要求按現行的 巖土 工程勘察規范 GB50021-94 規定執行1
15、500175硅酸mg/LMg 2+ 與SiO2 的乘積150005游離氯mg/L在回水總管處0.5-1.05(此值不應超過)石油類mg/L煉油企業10(此值不應超過)注: 甲基橙堿度以 CaCO3 計 硅酸以 SiO2 計Mg2+ 以 CaCO3 計3.1.8密閉式系統循環冷卻水的水質標準應根據生產工藝條件確定。3.1.9敞開式系統循環冷卻水的設計濃縮倍數不宜小于3.0 。濃縮倍數可按下式計算:N= Qm/Qb+Qw,式中 N 濃縮倍數;Qm 補充水量 m 3 /hQb 排污水量 m 3 /hQw 風吹損失水量 m 3 /h3.1.10敞開式系統循環冷卻水中的異養菌數宜小于510 5 個 /m
16、l ;粘泥量宜小于4ml/m33.2敞開式系統設計3.2.1循環冷卻水在系統內設計時間不應超過藥劑的允許停留時間。設計停留時間可按 下式計算: Td=V/Qb+Qw ( 3.2.1 )式中 Td 設計停留時間( h);V 系統容積( m 3 )3.2.2循環冷卻水的系統容積宜小于小時循環水量的三分之一。當按下式計算的系統容 積超超過前述規定時,應調整水池容積。Vf設備中的水容積Vf管道容積Vt水池容積3.2.3經過投加阻垢劑、緩蝕劑和殺菌滅藻劑處理后的循環冷卻水不應作直流水使用3.2.4系統管道設計應符合下列規定:3.2.4.1循環冷卻水回水管應設置直接接至冷卻塔集水池的旁路管;3.2.4.2
17、換熱設備的接管宜預留接臨時旁路管的接口;3.2.4.3循環冷卻水系統的補充水管管徑、集水池排空管管徑應根據清洗、預膜置換時 間的要求確定。置換時間應根據供水能力確定,宜小于 8 小時。 當補充水管設有計量 儀表時,應增設旁路管。3.2.5冷卻塔集水池宜設置便于排除或清除淤泥的設施。集水池出口處和循環水泵吸水 井宜設置便于清洗欄污濾網。3.3密閉式系統設計密閉式循環冷卻水系統容積可按下式計算: 式中管道和膨脹罐的容積 m33.3.2密閉式循環冷卻水系統的加藥設施,應具備向補充水和循環水投藥的功能。3.3.3密閉式循環冷卻水系統的供水總管和換熱設備的供水管,應設置管道過濾器。3.3.4密閉式循環冷
18、卻水系統的管道低點處應設置泄空閥,管道高點處應設置自動排氣 閥。3.4阻垢和緩蝕3.4.1循環冷卻水的阻垢、緩蝕處理方案應經動態模擬試驗確定,亦可根據水質和工況 條件類似的工廠運行經驗確定。當做動態模擬試驗進,應結合下列因素進行:3.4.1.1補充水水質:3.4.1.2污垢熱阻值3.4.1.3腐蝕率3.4.1.4濃縮倍數3.4.1.5換熱設備的材質3.4.1.6換熱設備的熱流密度3.4.1.7換熱設備內水的流速3.4.1.8循環冷卻水溫度3.4.1.9藥劑的允許停留時間3.4.1.10藥劑對環境的影響3.4.1.11藥劑的熱穩定性與化學穩定性3.4.2當敞開式系統換熱設備的材質為碳鋼,循環冷卻
19、水采用磷系復合配方處理時,循 環冷卻水的主要水質標準除應符合本規范 3.1.7 條的規定外,尚應符合下列規定:3.4.2.1懸浮物宜小于 10mg/L3.4.2.2甲基橙堿度宜大于 50mg/L(以 CaCO3計)3.4.2.3正磷酸鹽含量 ( 以 PO43-計)宜小于或等于磷酸鹽總含量的 ( 以 PO43-計)50%3.4.3當采用聚磷酸鹽及其復合藥劑配方時,換熱設備出口處的循環冷卻水溫度宜低于 500C3.4.4當敞開式系統循環冷卻水處理采用含鋅鹽的復合藥劑配方時,鋅鹽含量宜小于4.0mg/l( 以 Zn2+計)PH 值宜小于 8.3 時。當 PH值大于時 8.3 ,水中溶解鋅與總鋅重量比
20、 不應小于 80%3.4.5當敞開式系統循環冷卻水處理采用全有機藥劑配方時,循環冷卻水的主要水質標 準除應符合本規范 3.1.7 條的規則定外,尚應符合下列規定:3.4.5.1PH 值應大于 8.03.4.5.2鈣硬度應大于 60mg/L3.4.5.3甲基橙堿度應大于 100mg/L( 以 CaCO3計)3.4.6當循環冷卻水系統中有銅或銅合金換熱設備時,循環冷卻水處理應投加銅緩蝕劑 或采用硫酸亞鐵進行銅管成膜3.4.7循環冷卻水系統阻垢、緩蝕劑的首次加藥量,可按下列公式計算:Gf=Vg/1000 (3.4.7 )式中 Gf 系統首次加藥量 (kg)g 單位循環冷卻水的加藥量 (mg/L)3.
21、4.8敞開式循環冷卻水系統運行時,阻垢、緩蝕劑的加藥量,可按下列公式計算: Gr=Qeg/1000(N 1) ( 3.4.8 )式中 Gr 系統運行時的加藥量 (kg/L)Qe 蒸發水量 (m3/L)3.4.9密閉式循環冷卻水系統運行時,緩蝕劑加藥量可按下列公式計算:Cr=Qmg/1000 (3.4.9)3.5菌藻處理3.5.1敞開式循環冷卻水的菌藻處理應根據水質、菌藻種類、阻垢劑和緩蝕劑的特性以 及環境污染等因素綜合比較確定。3.5.2敞開式循環冷卻水的菌藻處理宜采用加氯為主,并輔助投加氧化性殺菌滅藻劑。3.5.3敞開式循環冷卻水的加氯處理宜用定期投加,每天宜投加1 3 次,佘氯量宜控制在
22、0.5 .0mg/L 之內。每次加氯時間根據實驗確定,宜采用3 4h。加氯量可按下式計算: Gc=Qgc/1000 (3.5.3)式中 Gc 加氯量 (kg/L)Q 循環冷卻水量 (m3/h)gc 單位循環冷卻水的加氯量,宜采用 2 4(mg/L)3.5.4液氯的投加點宜設在冷卻塔集水池水面以下 2/3 水深處,應采取氯氣分布措施。3.5.5非氧化性殺菌滅藻劑的選擇應符合下列規定:3.5.5.1高效、廣譜、低毒:3.5.5.2PH 值的適用范圍較寬;3.5.5.3 具有較好的剝離生物粘泥作用;3.5.5.4與阻垢劑、緩蝕劑不相互干擾;3.5.5.5易于降解并便于處理。3.5.6 非氧化性殺菌滅
23、劑,每月宜投加 1 2 次。每次加藥量可下式計算:Gn=Vg/1000 (3.5.6)Gn 加藥量 kg3.5.7 非氧化性殺菌滅藻劑宜投加在冷卻塔集水池的出水口處。3.6清洗和預膜處理3.6.1循環冷卻水系統開車前,應進行清洗、預膜處理,但密閉式系統的預膜處理應根 據需要確定。3.6.2循環冷卻水系統的水清洗,應符合下列規定:3.6.2.1冷卻塔集水池、水泵吸水池、管徑大于或等于 800mm的新管,應進行人工清掃;3.6.2.2管道內的清洗水流速不應低于 1.5m/s3.6.2.3清洗水應從換熱設備的旁路管通過3.6.2.4清洗時應加氯殺菌,水中佘氯宜控制在0.8 1.0mg/l 之內3.6
24、.3換熱設備的化學清洗方式應符合下列規定:3.6.3.1當換熱設備金屬表面有防護油或油污時,宜采用全系統化學清洗。可采用專用 的清洗劑或陰離子表面活性劑;3.6.3.2當換熱設金屬有浮銹時,宜采用系統化學清洗。可采用專用的清洗劑;3.6.3.3當換熱設備金屬表面銹蝕嚴重或結垢嚴重時,宜采用單臺酸洗。當采用全系統酸洗時,應對鋼筋混凝土材質采取耐酸防腐措施。換熱設備酸洗后應進行中和、鈍化處理;3.6.3.4當換熱設備金屬表面附著生物粘泥時,可投加具有剝離作用的非氧性殺菌滅藻 劑進行全系統清洗。3.6.4循環冷卻水系統的預膜處理應在系統清洗后立即進行,預膜處理的配方和操作條 件應根據換熱設備、材質、
25、水質、溫度等因素由試驗或相似條件的運行經驗確定。3.6.5當一個循環冷卻水系統向兩個或兩個以上生產裝置供水時,清洗、預膜應采取不 同開車的處理措施。3.6.6循環冷卻水系統清洗、預膜水應通過旁路管直接回到冷卻塔集水池。3 循環冷卻水處理詳解3.1 一般規定3.1.1 本條文提出:選擇循規蹈矩環冷卻水處理設計方案時,應根據生產工藝對阻垢、 緩蝕和菌藻等處理效果的要求,結全本條文提出的若干因素進行研究,并通過技術經濟 比較后確定。因此設計時應全面地加以考慮,制訂出較為完整的處理方案。3.1.1.1 循環冷卻水的水質標準 :循環冷卻水的水質標準與換熱設備的特性及其生產操作條件等有著密切的關系。如 在
26、換熱器的結構、型式上就有列管式、板式、螺旋式、蛇管式、夾套式、套管式、噴淋 排管式等不同類型,結構繁簡不一,水流通道尺寸差別很大,檢修難易程度不同,反應 到水質要求上會有差異。工況條件差別也較大,殼程式換熱器(水側)流速一般較低, 對水質要求就高些。這些都關系到水質標準的要求與其處理方法的適應發生。 在換熱器材質方面,常用的有碳鋼、銅、銅合金、不銹鋼等,以及這些材質的組合,這 材質對于水質、藥劑配方等方面都有不同要求。有些工業(如電力工業)在設計中往往 需根據水質條件考慮管材的門題,不同材料的連接與組合易于導致電偶腐蝕(結構設計 上要足夠重視)等。這些因素在設計中均需加以考慮。換熱器的工況條件
27、,如循環冷卻水側水溫、流速、管壁熱流密度等,對水質要求、 水處理方式及其適應性等均有重要影響換熱器的污垢熱阻值和容許腐蝕率反應了工藝和設備上的要求,同時也是對循環冷 卻水水質及其處理效果上的要求。水質標準中某些指標反映了換熱器結構型式方面的特殊要求(如縫隙狹窄的板式換 熱器對濁度的限制),或者材質方面的特殊限制(如不同品種不銹鋼對 Cl 和銅合金對 NH 3 的含量要求等)。根據以上因素嶧循環冷卻水水質的一般和特殊要求有一個總括的分析、研究,為選 用藥劑、確定濃縮倍數、考慮補充水和旁流水的處理方案奠定基礎。3.1.1.2循環冷卻水處理設計,應對建廠地區可供作補充水的水源、水量與其水質進行 分析
28、研究,包括:對可供的水量要了解清楚,尤其在缺水地區,對確定設計的濃縮倍數、處理方法至 關重要。對原水水質的情況要盡量掌握不同季節,以及枯水、豐水期間水質變化的資料,以 便正確選擇處理方案。3.1.1.3在不涉及循規蹈矩環冷卻水受到外界污染的情況下 , 濃縮倍數與補充水水質 兩者相互制約 , 并受控于循環冷卻水水質標準。這樣,在確定某一循環冷卻水水質標 準的條件下,補充水水質的要求即取決于確定的濃縮倍數。從上述關系式也可知濃縮倍 數除對確定補充水水質處理有重要關系外,也是確定補充水量的重要因素。排污量 Q b 是按照物質平衡的原理推導出來的理論計算公式計算所得的數量,它 不包括滲漏水量,也不包括
29、旁流處理過程中的排水量,更不包括沖灰水量。但是,在等 于并小于計算排污水量 Q b 的條件下,上述各水量可以替代排污水量。3.1.1.4循環冷卻水水質除因工業生產和換熱器設計要求不同而有差別以外(如對濁 度、 Cl 等指標限制),也與循環冷卻水是否采取阻垢劑、緩蝕劑處理有很大關系。在 投加阻垢劑、緩蝕劑處理時,水質的各種成分如碳酸鹽硬度、總硬度、鈣離子、硫酸根 離子等限值以及 PH 的控制范圍, 與使用藥劑的品種、 配方及劑量均有一定關系。 同時, 對懸浮物、油污等也常有一定限制,以避免降低藥效或增加藥耗。對選用的阻垢劑、緩蝕劑,還應考慮藥劑的來源和價格等因素,作為必要的技術經濟論 證的依據。
30、3.1.1.5旁流水和補充水處理:旁流水的處理作為整個循環冷卻水處理設計中的一個組 分,需結合前四款的內容及外界污染,其中負括大氣中灰塵、粉塵、飛蟲、菌藻、孢子 和其它污染物,以及工藝物料(指正常運轉條件下微量的)的泄漏、排放要求等條件綜 合考慮。由于補充水來源不同(如來自城市自來水廠、工業用水處理廠,直接取自江、河、 湖泊或取用井水等),水質條件也有差異,處理內容也就不同,根據水源可供水量的情 況、設計濃縮倍數條件等,對補充水水質也會有不同的要求,處理內容也不同。在確定補充水和旁流水的處理方案時,應當統一考慮化處理程。如在處懸浮物時, 是在旁流水處理還是在補充水處理中解決,或同時進行處理,這
31、就要進行分析比較,通 過技術經濟比較后確定。103.1.1.6藥劑對環境的影響:一般投加的化學藥劑都具有基本種程度的毒性,有些藥劑 在極少量的情況下,就能使人畜、植物等受到危害,如鉻酸鹽、五氯酚負殺菌滅藻劑等。 鉻酸鹽(以六價鉻計)在地面水中最高允許濃度是0.5mg/L,對水蚤 48h 的 TL 50mg/L 。五氯酚鈉含量為 0.4 mg/L 時,許多魚類在幾時內就會死亡 . 有的藥劑是動 植物的營養物 ,但當超過一定量時也會造成危害 ,如磷酸鹽等 . 雖然磷的排放標 準沒有規定,但易使水體發生富營養化問題。 總之,在循環冷卻水處理方案選用藥劑時, 除考慮其對水質處理的效果之外,還要考慮其對
32、環境的污染問題。因此國內目前在水處 理藥劑上多選用磷系復合配方,而不采用鉻系的藥劑配方。當藥劑對環境有影響時,依 據排放標準對系統排水進行處理。另外,在評價風帶出的循環冷卻水對系統對四周環境 的影響時,有的資料介紹,當循環冷卻水中氯離子含量約為 497 mg/L 時,在距冷卻塔 100m 處的植物葉上的水滴中,氯離子含量為674.5 mg/L (其水滴的 PH=6.7 ,電率2700us/cm,總硬度 7 19.6 )此時對蠟樹、白樺樹、山楂、白楊和垂柳都有不同程 的損傷,出現大部分時片變黃、掉葉等現象。采用對人健康有影響的毒性藥劑(如酸鹽)處理時 ,除應具備回收、處理裝置以 保證排放水質符合
33、指標外,還應對冷卻塔收水器效率提出嚴格要求,并有防止水滴飛濺 對周圍環境污染的措施。零排污或近于零排污的循環冷卻水系統,是排污水的最大回用,有利于保護環境, 實質上是將循環冷卻水處理與旁流水處理相結合的設計。對于這種系統,應根據其極限 濃縮倍數(僅由風吹損失水量或加上極少量的排污水量所決定)與循環冷水中容許的水 質極限值等因素,考慮其處理流程和水量。由于形成污垢和腐蝕的因素來自多方面 (補充水水源、大氣污染、工藝過程處理等) , 設計中應綜合考慮各種因素, 采取處理措施,以求得整個處理方案技術經濟上的合理性。 結合補充水水源水質、水量及循環冷卻不污染(包括大氣及工藝物料)情況,根據濃縮 倍數、
34、生產特點、材質情況所要求的循環冷卻水水質指標,可以確定是否需要進行補充 水處理、旁流水處理及其具體處理的內容和深度,而在投加阻垢劑、緩蝕劑處理的系統 中,藥劑配方要求控制的指標(如 PH 、 Ca2+ 、堿度、硬度、含鹽量等),又與濃縮 倍數補充水處理和旁流水處理內容及循環冷卻水水質允許指標之間有著互相制約的關 系。而且應注意到補充水處理、旁流處理對進一步提高濃縮倍數、節約用水和減少阻垢 劑、緩蝕劑處理費用上的重要作用(尤其當水源水量緊張,或在排放要求嚴格的場合)。 同時針對不同的處理流程,需考慮藏龍臥虎其相應的排水處理措施(應與旁流水處理統 一考慮)及排渣處置問題。在藥劑處理方面,對阻垢劑、
35、緩蝕劑與殺菌劑間的共容性,對 PH 的要求,以及對 材質的影響等,均需加以考慮。這樣綜合上述各個方面、各個環節之間的相互依存關系,通過全面地權衡、比較, 才能夠確定出技術可靠、經濟合理的循環冷卻水處理方案。3.1.2循環冷卻水用水量由于行業、設備型式、工況條件等不同而不同,故其用水量應 根據工藝生產需要確定。3.1.3對補充水水源的水量、水質資料的收集及其處理方法 ,是設計的基礎工作。113.1.5本條是根據目前國內能夠文泛采用的藥劑種類性能(包括聚磷酸鹽、膦酸鹽、聚 丙烯酸鹽、聚馬來酸等)及其復合配方 , 參照國外經驗 , 并檢驗國內一些工廠在生 產運行中易于出現故障的換熱器的工況條件而提出
36、的。間壁式換熱器水側設計流速一般在 0.3-3m/s 范圍內,個別可能超過這一范圍 . 但從保證處理效果、減少污垢和腐蝕(包括沖刷侵蝕)來說,一般以 1-2 m/s 流速為 佳。對國內一些工廠的換熱器調查表明,流速低于 0.3m/s 的換熱器 , 普遍存在污垢和垢 下腐蝕問題 , 流速越低問題就越突出根據目前藥劑處理的效能與殼程換熱器設計流速 選用的常規范圍 , 規定流速不應低于 0.3m/s , 以保證處理效果。對于管程換熱器 , 雖然從傳熱效果上看 , 大于 0.5m/s 已可滿足要求 , 但并 非最適宜的流速 , 根據有關資料統計 , 一般取用大于 0.9m/s 作為規定流速的下限。 水
37、側流速上限的要求則需結合不同材質考慮防止沖刷侵蝕 , 這方面一般在設備設計中 已有考慮,這里未作規定。當換熱器水側流速低于 0.3m/s 時 , 不僅導致雜質的沉積 , 降低了傳熱效果 , 而且還導致垢下腐蝕。在殼程換熱器的結構上,由于幾何形狀的限制 , 要做到各個部位具有均一的流速 是不可能的。即使設計計算時的流速(認為是均一的)為 0.3m/s , 實際上個別 別出 心裁部位 , 尤其是靠近管板、折流板的死角區流速遠低于此值,因此發生的問題就更 為嚴重。這一點已為很多工廠的生產實踐所證實。在這種不利的工況下,藥劑處理難以 發揮其應有的效果。國外報導的經驗也表明,在這種情況下,即使投加像鉻酸
38、鹽這種效 果很好的強緩蝕劑,其保護作用也變差,這種換熱器仍過早地損壞。為此,條文規定對 這種換熱器可采用涂層防腐作為附加的保護措施。國內已有一些廠在碳鋼殼程換熱器的涂層防腐方面作了試驗研究,有的廠通過實踐 證實這一措施是有效的,可供設計采用。此外,涂層防腐也可推文到管程換熱器的封頭、端板碳鋼材質的保護方面,作為附 加的措施也是有益的。防腐涂層應有導熱系數的測定值,并不得低于換熱管本體金屬的導熱系數,否則, 應考慮增加換熱設備的換熱面積。關于反向沖洗、常用壓縮氣體(如氮氣)振蕩、攪拌并配合反向沖洗等,對減少污 垢、改善清洗效果,也都為國內外運行經驗所證實,設計中可供參照選用。熱流密度的規定( 5
39、.82 10 4 W/m 2 ) , 實際上反映了對冷卻水側管壁壁溫 的要求 , 主要根據國外經驗數據。定性地說 , 隨管壁壁溫增高 , 水中碳酸鈣結垢 趨勢增強。但國內尚缺乏這方面的數據,對照一般換熱器的工況條件,大多低于此值。 熱流密度的法定計量單位為 W/m 2 , 1kcl/m 2 h =1.163W/m 2 。3.1.6本條規定污垢熱阻、腐蝕率等到允許值應根據各種工藝的具體要求確定。當沒有 具體規定時,可按本條所列各值選用。在換熱器設計計算時(選取傳熱系數、選定管壁厚度),對污垢熱阻、腐蝕率都有 相應的考慮。這兩項指標實際上也是對經過處理的循環冷卻水水質提出的要求,或者說12 是對阻
40、垢、緩蝕效果的檢驗標準,在設計階段作為檢驗阻垢、緩蝕劑 配方的依據。設 計時應該從工藝及設備方面的合理性、水質處理的合理性、適宜的運行周期、折舊年限 等多方面因素進行綜合權衡。年污垢熱阻值標準:原規范條文規定敞開式系統的污垢熱阻值為1.72 10 -4 5.16 10 -4 m 2 K/W,現修訂為 1.72 10 -4 3.44 10 -4 m 2 K/W, 因為近十幾年來的循環冷卻水處理水平不斷提高,現場監測的污垢速成率均在 25cm/ month (相當于污垢熱阻值 3.27 10 -4 m 2 K/W )以下 ,因此這一修 改是合適的 ,同時也接近目前國際上常用的水平。污垢熱阻值的法定
41、計量單位為m 2 K/W, 1m2 h C/Kcal=0.86 m 2 K/W 。對于密閉式系統 :由于工況條件較為苛刻(如溫度較高 ,對傳熱效率要求比較嚴 格) ,一般考慮采用軟化水或除鹽水(或冷凝水)作為循環冷卻水 ,在腐蝕控制效 果良好的情況下 ,一般污垢熱阻值均可做到小于 0.86 10 -4 m 2 K/W 。腐蝕率標準:碳鋼換熱設備的腐蝕率根據國內運行水平及參照國際上公認的允許 值,一般可達以到小于或等于 0.125mm/a (即 5 密耳 / 年)這一標準。但某些工業 (如冶金系統)的某些冷卻設備,在腐蝕率 控制上并不十分嚴格控制。材料的腐蝕裕 量較大,故在條文中選選用了 “宜”
42、 ,沒有嚴格控制。對銅、不銹鋼的設備,在條文中 規定為“宜小于 0.005 mm/a ” ,主要是這些材質本身已具有一定的耐高緩性能能(如 果牌號選擇適當),從實際運行效果栓驗,在采取有效的阻垢、緩蝕處理的情況下,可 以做到低于 0.005 mm/a 。國內一些電廠的監測數據一般均在此范圍內。在條文中選用 了“宜”,這是因為此項標準較嚴,為了給設計留有一定的靈活性,并考慮到需結全 我國的國情而定,因而沒有嚴格控制。條文中沒有給出參考性的 “點蝕深度”標準。形成點蝕的因素是多方面的,如換熱 器金屬材料本身、結構設計上的合理性、工況條件(溫度、流速)等,都有很大關系。 尤其是不犭鋼、銅合金材質本身
43、的因素及其應力狀況等,更起著重要作用。另外,目前 國內還缺乏“控制”點蝕方面的具體經驗(進行預測也還需要做大量工作),因此條文 還只限于提供均勻腐蝕率(條文中簡稱為腐蝕率)的標準值。有關點蝕的測定方法,如 何預測及控制點蝕的發生,尚需積累更多的經驗,有待今后修訂中加以補充。3.1.7由于換熱器的結構型式、工況條件對污垢熱阻、腐蝕率要求的嚴格程度,循環冷 卻水處理方工,投加阻垢劑、緩蝕劑處理的配方,循環冷卻水系統中各種金屬材質及其 組合等因素,隨不同行汪的生產特點不同而有較大差異,因此難以制訂出一個完全統一 的水質標準。尤其對循環冷卻水系統中金屬主材不同時,某些水質標準的允許高限之差 異更為明顯
44、。目前從國內條件出發,在設計中具體擬訂水質標準時宜采取較為明靈活的 方法,即結合生產特點和選取用處理方法的要求,吸收生產運行中成熟的經驗數據,而 且要通過科學試驗加以確定。目前考慮到在設計時常缺少必要的數據,因此提供一個可 供使用的允許值,如表 3.1.7 所列。( 1 )懸浮物:循環冷卻水中懸浮物含量對換熱設備的污垢熱阻和腐蝕速度率影 響很大,所以要求越低越好。工廠運行的實踐證明循環冷卻水系統設有旁濾池時,補充 水懸浮物能控制在 5mg/L 以內,因此板式、螺旋板式和翅片管式換熱設備,懸物規定13 不宜大于 10mg/L ,其它一般不應大于 20mg/L 是恰當的,而且也是可以做到的。 對于
45、電廠凝汽器,因傳熱管內水的流速一般均大于 1.5m/s , 另外凝汽器均設有膠球清 洗設施 , 因此電廠凝汽器對懸浮物含量的指標可適當放寬。( 2 ) PH 值:循環冷卻水的 PH 值是根據藥劑配方來確定的,加酸調節的藥劑 配方值低限不宜低于 7.0 ; 不加酸的堿性運行藥劑配方 , PH 值上限一般為 9.2 。( 3 )甲基橙堿度:國內一此配方中甲基橙堿度可允許至 500mg/L (以 CaCO 3 計) , 當然 , 隨著藥劑性能的提高 , 但在目前情況下 , 如超過此限值則需加酸 處理或降低濃縮倍數。( 4 )鈣離子:從緩蝕角度要求循環冷卻水中鈣離子不小于30 mg/L ,如在較;軟的
46、補充水中(如廣東的東江水) 鈣離子較低,應盡可能提高濃縮倍數,如仍達不到 30 mg/L 時,則應在緩蝕劑中投加兩價金屬離子 (如鋅離子) ;鈣離子上限一般不宜大于 200 mg/L ,國內的全有機配方中的 W-331 允許鈣離子上限可達 228 mg/L ,因此規定循環 冷卻水中不宜大于 200 mg/L ,是留有一定裕度的。( 5 )鐵離子:據資料介紹,水中有 2 mg/L 的 Fe2+ 存在時,會使碳鋼換熱器 年腐蝕率增加 6 7 倍,且加劇局部腐蝕。鐵離子含量高還會給鐵細菌的繁殖創造有 利條件。此外,當采用聚磷酸鹽作為緩蝕劑時,鐵離子會干擾聚磷酸鹽在緩蝕方面的作 用,同時還可能導致堅硬
47、的磷酸鐵垢。本條指標是根據國內外運行經驗確定的。( 6 )氯離子和硫酸根離子:這兩項離子屬于腐蝕性離子,。氯離子對不銹鋼的 腐蝕影響較大,我國某大型化肥廠采用磷系復合配方,循環冷卻水中氯離子濃度控制在 300 380 mg/L ,其不銹鋼的換熱器自 1976 年運行至今,未出現腐蝕穿孔情況。因 此規定不宜大于 300 mg/L 是合適的。氯離子盧硫酸根離子之和不宜大于 1500 mg/L ,是來自國內外一些藥劑配方的允許值。( 7 )硅酸:本項共有兩個指標,前一個指標( 175 mg/L )是根據硅酸鹽的 飽和溶解度確定的,主要是防止循環冷卻水中形成硅酸鹽垢;后一個指標主要是防止形 成粘性較大
48、、顆粒較細的硅酸鎂粘泥。兩個指標值均根據國外資料和國內運行經驗確定。( 8 )游離氯:本項指標是為控制循環冷卻水中菌、藻微生物而制定的。指標值 是根據國內運行情況確定的。( 9 )石油類:石油類雜質易形成油污粘附于設備傳熱面上,影響傳熱效率和產 生垢下腐蝕。由于煉油企業的特殊性,對其指標略微放寬一些,根據試驗室所取得的數據,循環 水中石油類雜質的含量達到 10 mg/L 時,污垢熱阻和腐蝕率均在本規范的限值之內。3.1.8密閉系統:目前國內應用密閉式循環冷卻水系統的生產裝置及設備包括如下幾方 面:冶金系統:主要用于高爐、電爐、轉爐、連鑄機等冶煉設備。如某廠連鑄機冷卻用 水,其水質標準根據國外公
49、司要求為:補充水堿度 1.8 mg/L (以 CaCO 3 計 , 未經除氧) , 油 0 。國內設計時采用未經除氧的軟化水補入 , 硬度為 0.0168 。 G,PH 值 8.5 ,全固形物 160 mg/L,循環冷卻水采用投加 D 100 緩蝕劑處理 ,14BT ) 生產運行經 先mg/L ,硫酸鹽 250 mg/L ,氯化物 150 mg/L ,耗氧量( KmnO 4 ) 碳酸鹽硬度:當 PH 值為 7.8 時,最大 8 。 G;PH 值為 8.3 時, G 。定向結晶爐:用于金屬熔煉,其水質要求用軟化水。 國內生產的熔煉、熱處理電爐亦采用密閉式系統,目前所用水質已由原來的自來水劑量大于
50、 200 mg/L 。注:補充水雖未卜先知求除氧 ,補水器內設有氮氣層以隔絕空氣并壓力入循冷卻 水系統。電力系統:循環冷卻水主要應用于水內冷發電機定子 (或包轉子)繞組(容量從 5 萬 到 30 萬 kW )冷卻,其水質目前尚未完全統一,按制造廠(電機廠)要求為: 電導率: 1 5uS/cm ;溶解氧: 20uS/L ,水質清徹透明無雜質。電力部頒發的理法規要求為:電導率: 10 ;硬度: 0.028 。 G 。有些電廠根據其具體情況對項目又所增加 ,如規定必需進行巰苯噻唑( M 處理,劑量 3mg/L ,銅: 0.03 mg/L 等。 uS/cm目前正在不斷開展工作 ,結合國內外生產運行經驗
51、(在科學試驗 驗積累的基礎上) ,對現有的規定進行修訂 ,使得制造部門提供的水質標準更加 進 合理。鐵道系統:循環冷卻水主要應用于國內產及引進的內燃機車的設備及潤滑系統的冷 卻方面。水質標準上也不夠統一 ,從使用自來水到采用除鹽水均有。除要求制造 廠(機車車輛廠)在產品說明書中加以指明外,目前也過各有關部門(機務段)大 力開展試驗研究工作,逐步加以補充、修訂,目前所用水質有所差別,是難以避免 的。石油化纖、化工系統:在某些反應裝置(反應釜、管道反應)中的用水,有的水溫 很高(大于 100 ),其水質要求一般為除鹽水,有的有除氧要求,有的沒有(但 配方為高濃度鉻酸鹽緩蝕劑處理),這些標準都是根據
52、國外公司提供的要求確定的。核工業系統:核反應堆系統中密閉循環冷卻水系統的南標準是根據以往國外經驗數 據確定的,主要指標如下:硬度: 0.1008 。 G;機械雜質: 0.5 mg/L ;PH 值: 7.0 8.5 ;含氧量: 0.05 mg/L 。主要應用于高溫加熱爐的冷卻(如電極冷卻)等方面。真空爐:用于熔化金屬,引進西德 L-H 公司的 2SO2/ -F 真空爐要求的水質為: 潔,電導率 600 uS/cm ,腐蝕性 CO 2 、 NH 3 均測不出,鐵 0.3 mg/L ,錳 0.05 15 mg/L, 最大 4 。15算得改為軟化水。國外資料要求水質:硬度 200 mg/L ( CaC
53、O 3 ),懸浮物 10 mg/L 。 其它:密閉式系統也廣泛應用于空調、制冷系統,屬于低溫水系統的居多(因此其 冷卻水升溫后需借助制冷裝置予以冷卻降溫)。由于工況條件持殊(水溫低)、水 質要求高等到條件,故結垢問題常不是主要問題,但腐蝕控制(尤其是采用除鹽水 的系統)常為其重點,微生物控制問題也是存在的。由上述情況可知,密閉式系統循環冷卻水水質標準應由冷卻設備制造廠或設計部門 根據其生產工藝要求和工況特點加以確定并提供設計依據是適宜的。3.1.9 在濃縮倍數 1.5 10 的條件下 ,通過對循環水量為 10000m 3 /h 的計 出下表:不同濃縮倍數系統的補充水量與排污水量 表 2 濃縮倍
54、數( N )1.52.03.04.05.06.07.08.0循環冷卻水量 R ( m 3 /h )100001 00001 00001 00001 00001 00001 00001 0000水溫差 t ( )1010101010101010排污水量 B ( m 3 /h )343.8169.482.2 53.1 38.6 29.9 24.1 14.4補充水量 M ( m 3 /h )523.2348.8261.6232.5218.0209.3203.5193.8排污水量占循環水量的百分比( % )3.41.70.80.50.40.30.20.1補充水量占循環水量的百分比( % )5.23.5
55、2.62.32.22.12.01.9由此可見 ,隨著濃縮倍數的提高 ,補充水量逐漸減少 ,節水效果明顯提 同時也減少了排污水量,有利于環境保護。但某些工業企業存在特殊的用水方式:如電力系統采用循環冷卻水作沖灰用水還很 普遍,而且目前受沖灰方式的影響,用水量在,限制了濃縮倍數的提高。冶金系統由于 生產工藝上的不同要求,往往采用串級復用的方式,局部循環冷卻水系統濃縮倍數可能 會低于 2 ,等等。但從節約用水和環培保護日趨嚴格的要求來說,不斷改進循環冷卻 水的處理技術,逐步提高濃縮倍數是很必要的本次規范修訂,將濃縮倍數提高到 3 倍,從目前國內化工廠循環冷卻水系統的運 行情況看,有些工廠還未到這一目
56、標,但是只要在設計上嚴格執行本規范的有關條款, 特別是加強管理,濃縮倍數是可以做到的。我國是一個缺水的國家, 從長遠的角度 還應從嚴要求。3.1.10 敞開式系統冷卻水中的異養菌數宜小于5 10 5 個 /mL ,粘泥量宜小于 4mL/ m 3 ,主要參照國外經驗規定。根據國內一些石油、化工裝置循環冷卻水系統的運 行經驗,菌藻控制嚴格的廠,夏季可以達到上述規定(冬季還要低),并基本上控制了 粘泥危害和嚴重的垢下腐蝕問題。3.2 敞開式系統設計16, 對于目前, 其次是3.2.1本條規定采用阻垢 緩蝕藥劑處理時考慮藥劑所允許的停留時間 使用聚磷酸鹽作為緩蝕劑主劑的 , 對此加以強調是必要的。 聚
57、磷酸轉化成正磷酸鹽除了水溫 PH 值等因素以外 , 還與時間因素有關 . 根據資料 介紹 , 設計停留時間( T d )可用條文所列的公式計算。當已知對應于某一濃縮倍 數的 Q b 和 Q w 值時 , 確定 V 值即可計算出 T d 值 , 該值應小于藥劑允許的停 留時間。當不能滿足這一要求時 , 則需調整 V 值直至滿意為止 , 或者更換藥劑配 方。3.2.2根據設計資料統計 , 系統計 , 系統容積( V )一般均小于循環水小時流量 值( m 3 )的 1/3 。按這個指標根據國內運行經驗 , 冷卻塔集水池、吸水池容積均 能保證安全運行。但對某些行業(如電力、煉油等)做不到時 , 可以適
58、當放寬。3.2.3本條規定對采用阻垢劑、緩蝕劑和殺菌滅藻劑處理的循環冷卻水不應該作直流水 使用。不加限制地作直流水使用,不僅會影響濃縮倍數的提高與控制,對節水、節藥都不 利,而且大量排放投加這類藥劑的循環冷卻水,將對環境造成污染。國內有些廠,由于循環水管網上供直流水用的接管太多,用水量過大,使濃縮倍數 的年高受到限制或無法控制,造成大量的藥劑損耗。因此,條文明確限制是必要的。 條文中的直流用水是指沖洗地坪、沖洗設備、燃煤鍋爐的熄火和水沖灰等到。在允許的排污量范圍內,認為水質條件適合、不污染環境,在設計上可以考慮將這 部分排污水供作直流使用,但其使用條件不得超出允許的排污量范圍,以利于控制濃縮
59、倍數。因此設計中要有控制其使用量的措施:如裝設備流量表,避免超量使用。3.2.43.2.4.1主要目的是避免系統清洗時的臟物堵塞冷卻塔配水系統和淋水填料 清冼和預膜的水不需冷卻,再者冷卻塔本身不需清洗和預膜。3.2.4.2目的是避免系統清洗時臟物堵塞換熱設備。3.2.4.3當清洗之后轉入預膜階級或預膜之后轉入正常運行時 , 均要求盡快地將水置 換 , 目的是避免置換時間過長而引起腐蝕 ; 另外預膜之后由于有熱負荷 , 置換時 間過長會導致換熱設備傳熱管壁的沉積 , 因此補充水管徑 集水池排空管徑計算均 應考慮清洗、預膜時水的盡快置換要求。3.2.4冷卻塔本身也是空氣洗滌塔。隨空氣帶入的飄塵、飛
60、蟲、樹葉等雜質,與塔中的 填料碎片等機械雜物遠均會落入水中。較大、較重的可能沉積于池底,細微、較輕的會 懸浮于水中。不循環冷卻水系統具備菌藻孳生條件時,又會有大量的污泥懸浮于水中或 沉于地底。這些污物如不及時排除或有效的攔截住,進入換熱器內會形在額外的沉積、 附著、緩蝕效果影響很大,并增加額外的藥劑消耗。國內一些工廠的運行經驗表明,這些污物已形成對安全生產的威脅,每年大修時要花大 量人力進行清理。因此設計中結合具體的冷卻塔型式,考慮有效的池底排污措施(如池 底有一定坡度,分布幾處設置排污泥管等),并在集水池和泵前吸水池內分別設置兩道 不銹鋼絲濾網(考慮濾網的提升、沖洗)是很必要的。3.3 密閉
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