孔板流量计在油田天然气计量上的应用探讨
天然气孔板计量存在的问题及对策资料
天然气孔板计量存在的问题及改进措施摘要随着世界石油天然气工业的突飞猛进的发展,要求对天然气流量需要进行更加准确的计量。
由于孔板计量方式结构简单、投资少、计量精度较高，所以目前，孔板流量计仍是最主要的天然气流量计，而影响孔板流量计计量准确度的因素很多。
本文将结合油田天然气计量实际孔板运行情况从仪表性能要求、流体特性等方面阐述是如何影响计量准确度的,以及改进或减少这些影响因素的措施。
关键词孔板流量计；影响因素；改进措施天然气的生产、利用过程是一个流程复杂、规模大、速度快且连续运行的系统。
其计量的准确与否受到人们的普遍重视。
因此计量的准确度是选择任何类型的流量计都必须考虑的重要指标。
在实际应用中,影响孔板流量计计量准确度的因素很多,而孔板流量计的主要特点为结构易于复制,简单牢固,性能稳定可靠,使用期限长,价格低廉等,整套流量计由节流装置,差压变送器和二次仪表（流量计算机）组成。
它们可以分别由不同厂家生产,易于形成规模生产,经济效益高,各部分组合非常灵活,即使目前推出的一体化孔板流量计,亦可分开生产,再灵活组装。
1 脉动流体对流量计量的影响由于天然气本身的性质,会随着外界环境温度的变化而发生复杂的变化,从而影响流量计的测量精度。
低密度气体对某些测量方法呈现困难,此时就要改变所选择的测量方法,或者作温度和(或)压力修正,以保证测量准确准确度。
因此在评估流量计的适应性时,要掌握气体的温度一粘度特性。
虽然气体的粘度因温度和压力变化的值一般较低,但是对流量计量的精确度还是有一定的影响。
对于油田温气(伴生气)，其中含有大量的饱和水蒸气,在温度降低时会有水凝结；它们属于多组分流动,计量时应谨慎对待。
经验表明,单相通用流量仪表用于多组分或多相流体,测量性能会改变(或大幅度改变)，例如湿气中水微粒随着天然气流动,环境温度或天然气压力偏离原定状态,仪表就有可能不适应。
测量气液双相流时尽可能采用分离后分相测量，以保证最小测量不确定度,然而对有些场合这种方法不切实可行或不符合要求。
用标准孔板流量计测量天然气流量
用标准孔板流量计测量天然气流量（SY/T6143—2004）1、适用范围本标准规定了标准孔板的结构形式、技术要求；节流装置的取压方式、使用方法、安装和操作条件、检验要求；天然气在标准参比条件下体积流量、质量流量以及测量不准确度的计算方法；同时还给出了计算流量及其有关不确定度等方面必需的资料。
本标准适用于取压方式为法兰取压和角接取压的节流装置，用标准孔板对气田或油田采出的以甲烷为主要成分的混合气体的流量测量。
本标准不适用于孔板开孔直径小于12.5mm，测量管内径小于50mm和大于1000mm，直径比小于0.1和大于0.75，管径诺雷数小于5000的场合。
对改建或新建的计量系统应满足本标准要求。
本标准不强调更新已建计量系统。
如果计量系统不满足本标准要求，由于流动条件和上游直管不相适应，就可能存在计量系统附加误差。
2、气流条件1）气流通过节流装置的流动应是保持亚音速的，稳定的或仅随时间缓慢变化的。
本标准不适用于脉动流的流量测量。
2）气流应是均匀单项的牛顿流体。
若气体含有质量成分不超过2%的固体或流体微粒，且呈均匀分散状态，也可以认为是均匀单项的牛顿流体。
3）气流流经孔板以前，其流束应与管道轴线平行，气流流动应为充分发展紊流且无漩涡，管道横截面所有点上的旋涡角小于2°，即认为无旋涡。
4）为进行流量测量，应保持孔板下游侧静压力与上游侧静压力之比等于或大于0.75。
5）可接受的速度剖面条件为：横截面上任一点局部留苏与最大流速的必至于很长直管段（超过100D）后管道横截面上流速比值在5%之内一致。
3、标准参比条件：本标准规定投入气体及流量计量的标准参比条件和发热量测量的燃烧标准参比条件均为绝对压力P n等于101.325kPa 和热力学温度Tn等于293.15K。
也可以采用合压力和合同温度作为参比条件。
4、安装要求1）节流装置应安装在两段具有等直径的圆形横截面的直管段之间，在此中间，除了取压孔、测温孔外，无本标准规定之外的障碍和连接支管。
用标准孔板流量计测量天然气流量计算实例-2012
介绍材料之二
股份公司计量测试研究所 2004 年 3 月
流经孔板的流体流量基本方程推导
1 假设 a．流体是充满圆管的、充分发展的定常流； b．阻力损失忽略不计，且流体流经孔板时为绝热过程，没有能量损失； c．管道水平安装； d．流体流经孔板的前后，其比容不变。 2 孔板流量计的流量基本方程推导
图1
孔板节流原理示意图
在孔板前后取断面 1 和 3（如图 1 所示） 。按理第一个断面应取流体未收缩 以前处，第二个断面应取孔板后收缩最小处（即断面 3 处，由于它的截面无法测 量，故一般取孔板开孔截面 2 处） 。实际上由于流量大小不同时两个断面位置也 是不固定的，因此在制造节流装置时，有意识地把取压孔安排在孔板前后固定的 位置上，其误差将通过水力试验校正之。由于取压孔位置的不同，因而才有了所 谓的不同取压方式，也就有了不同的校正系数（即不同的流量系数或流出系数） 。 根据前面假设，在绝热稳定流动过程中，圆管内沿流线水平方向，断面 1 和断面 2 上的流体质点之间将遵守下面的能量方程式：
等式两边同时开平方并以平均密度ρ代替平均比容后得：
U2 = C 1− β 4 2( P1 − P2 ) ρ
（2-5）
2
根据连续性方程，质量流量有：
q m = q v1 ρ1 = q v 2 ρ 2 = q v ρ
根据式（2-3）便有：
q m = U 2 A2 ρ
（2-6）
将式（2-5）代入式（2-6）并令 ∆P = P1 − P2 后得：
qm = C 1− β 4 • A2 2∆Pρ
（2-7）
令： α = C / 1 − β 4 称为流量系数。 令： E = 1 / 1 − β 4 称为渐近速度系数。故，流出系数 C 与流量系数α的关系为： C=α/E 于是，方程（2-7）可改写为下面形式：
孔板流量计在天然气计量方面被最广泛的应用
孔板流量计在天然气计量方面被最广泛的应用孔板计量天然气流量产生误差的原因分析：孔板流量计在天然气计量方面被最广泛的采用。
孔板流量测量系统一般由节流装置(标准孔板)、差压变送器及数据处理器(开方积算器或计算机)组成。
孔板流量计的主要特点：(1)适用于较大口径管道的计量(目前口径大于DN600的流量计一般只能选用孔板)。
(2)无可动部件，耐用。
(3)应用历史悠久，标准规定最全。
(4)制造相对容易，价格便宜。
为了提高孔板流量计在天然气计量的准确度，分析和掌握测量装置本身在使用过程中产生误差的原因是计量工作中必不可少的一项重要工作。
测量原理：流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。
流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。
这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。
压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。
以伯努利方程式和流体流动的连续性方程式为依据。
误差因素分析：1、基本误差由测量装置本身准确度所决定的误差。
由于孔板流量计测得的流量是根据差压信号间接求得的。
从公式可以看出，影响测量准确度的主要因素是α、F、ε等值。
必须保持α、F、ε均为恒定值，才能达到差压和流量之间有恒定的对应关系。
但在实际生产中，α、F、ε都与某些因素有关，特别是流量系数α，它是一个影响因素复杂，变化范围大的重要系数，如果在测量过程中不能保证α为恒定值，则测量误差将会较大。
从资料和实验证明，流量系数α值与取压点位置、孔板的开孔截面积和管道截面积比(m= d2 /D2)、雷诺数、管壁粗糙度、孔板入口边缘尖锐度有关。
所以，标准孔板的选用应符合下列技术要求：(1)标准孔板的技术要求1)孔板相对于开孔直径d的轴线中心对称；2)孔板上游端面A应于下游端面B平行，并且与开孔直径d的轴线垂直；3)孔板A面、B面应无可见的损伤；4)孔板开孔直径d的上游测直角入口边缘G应锐利，无毛刺和划痕。
天然气孔板计量中存在的问题及对策
天然气孔板计量中存在的问题及对策进行分析并提出处理方法。
一、孔板设计及参数设置方面 1.标准孔板流量计设计限值孔板的孔径是根据最大流量、常用流量、最小流量按国家标准GB/T21446-2008 给出的公式求得。
表中列出的各项参数的适用范围是相互联系又是相互制约的，其中最基本的是量程比。
量程比是指在一定准确度要求下流量最大值与流量最小值之比。
最大流量主要是受差压测量和音速限制。
标准孔板的流量与差压的平方根成正比例关系，但当流量增加到一定程度时，流量与孔板前后产生的差压的平方根不再成正比例关系，即流量方程式不再成立。
当流量继续增加，在孔板开孔处的流速达到音速时，孔板下游的压力P2 与上游压力P1 之比约为0.75，之后无论改变何种参数，流量都不会增加，也就是说工况体积流量恒定，此时称为临界流即P2/P1≥0.75。
最小流量主要受三方面制约：①机械加工的限制。
当d2012.5mm，D2050mm 时孔板节流装置按标准规定的几何相似加工制作很困难，尤其是孔板入口锐利度rk/d≤0.0004更是难以加工制作；②流体运动状态限制。
雷诺数取下限时对应流体的最小流量。
当小于此流量时，流体由紊流变为层流，流体的动力学状态与标准规定的相差很大，此时的流出系数C 不再适合标准给出的计算公式计算。
③差压变送器准确度要求限制。
由于孔板节流装置差压信号经开方后与流量成正比关系，如当流量为最大流量的1/10 时，此时产生的差压仅为差压变送器量程的1/100，这时差压测量的相对误差可能比差压变送器的引用误差大100 倍，如精度等级为0.5 级，量程为1000Pa 的差压变送器，当差压为满量程的1/100 时即10Pa 时，允许有5Pa 的误差，但此时的相对误差高达50%，所以此时根本谈不上差压的准确测量。
实际工作中常用的解决方法是：（1）量程宜小不宜大。
标准孔板流量计最佳量程比小于4：1，采用温度、。
标准孔板流量计在燃气大流量计量中的独特优势
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总之 ，通 过 以上分析 ，可 以看 出 ，未来 北京燃
气行业会迎来大发展 的黄金时期 ，燃气行业发展受政 治 、经济 、社会文化和技术等 因素 的影响 ，燃气管 网 等基础设施也会快速发展 ，气源结构 、燃气应用方式
等 也会呈 现 多样化 。同时 ，对 因气 源不 足 、自然 灾
３“ 十二 五 ”天 然气 消费 量年 预增 ２ ％ 提价 － ｎ Ｃ Ｉ／ａ ／ ｔ ／ ＯＬ ｔｐ ／ ／ ．ｎ ｅ ．Ｏｌ ｇ ｓ ｈ ｍｌ ｌ
比 。因此 ，可根 据差 压 的大小来 确 定燃 气流 量 的大
小 。这种测量方法 的理论基 础 ，就是连续 性方程 （ 质
定 的情况下 ，通过测量转子 的旋转次数 ，便 可求 出燃
气 的流量值 。
量守恒 ） 与伯努利方程 （ 能量守恒 ）。
１２ 涡 轮 流 量 计 ．
２ 常用的燃 气大流量流量 计的使用要求 及特性
２ 城 燃 月 ２ ｌ 市 气． 刊
雷
励 ・ 准子 板 流 量 计 在 燃 气 大 流 量 计 量 中 的 独特 优 势 标 Ｌ
流量计④超声 波流量计⑤ 罗茨 （ 腰轮 ）流量计 等 。其 中 ，第①项 属于差 压式 流量计 ，其原理是燃气流量与 其通 过孑板 的差压相关联 ；第② 至④项属于速度式流 Ｌ 量计 ，其原理是燃气流量与其通过流量计 的速度相关 联 ；第⑤项属于容积式流量计 ，相 当于用量杯对通过
sy-t_6143-1996天然气流量的标准孔板计量方法
sy-t_6143-1996天然气流量的标准孔板计量方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：SY/T 6143-1996《天然气流量的标准孔板计量方法》是中国石油天然气行业的一项标准，旨在规范使用孔板计量方法对天然气流量进行准确测量。
天然气是一种重要的清洁能源，在生产、储运和使用过程中需要进行流量计量，以确保生产运行的安全和生产数据的准确性。
而孔板计量方法是一种简单、经济、可靠的流量测量方法，被广泛应用于天然气计量领域。
孔板计量方法是基于伯努利方程和连续方程建立的一种流量计算方法，通过孔板上的压差测量来得出天然气的流量。
孔板计量方法适用于对干燥、无腐蚀性、无凝积性气体进行流量计量，具有结构简单、安装方便、维护成本低等优点。
SY/T 6143-1996标准详细规定了孔板计量方法的应用范围、计算公式、试验装置、试验步骤等内容，以确保孔板计量方法在实际应用中能够获得准确可靠的流量数据。
该标准要求在进行孔板计量之前，要对孔板进行严格的检查和校准，确保孔板的几何尺寸和表面光洁度符合标准要求。
在孔板计量过程中，应注意避免气体泄漏、管道振动等因素对测量结果的影响，同时要及时记录测量数据和环境条件，以备后续分析和核查。
第二篇示例：天然气是一种重要的能源资源，在很多领域都有着广泛的应用。
为了有效地监测和计量天然气的流量，我们需要使用一些特殊的设备和方法。
标准孔板计量方法是一种非常常用和有效的计量方法。
本文将详细介绍和解释sy-t_6143-1996天然气流量的标准孔板计量方法。
一、标准孔板的特点标准孔板是一种测量流体流量的装置，通常用于中小口径管道中的流量测量。
标准孔板具有以下特点：1. 结构简单：标准孔板由一块金属板上开有一个孔构成。
2. 安装方便：标准孔板安装在管道内部，与管道之间不存在密封接触，不会对管道内部的流体造成阻力。
3. 测量准确：标准孔板通过测量差压来计算流量，精度高，适用范围广。
二、标准孔板计量方法标准孔板计量方法是通过测量差压和温度来计算天然气的流量。
孔板流量计对天然气输差的影响
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｏ ｒ ｉ ｉｃ ｆ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗｍｅ ｔ ｅ ｒ： ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ： ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ；ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ
天然 气 净化 处理 后 ，就可 以通 过长 距 离管 线进 行输 送 。 目前 ， 天 然 气 的计 量 主 要 使 用 孔 板 流 量 计 。然 而 流 量 计 在 安 装 、 计 量 与 维 护 时 很 容 易造 成 较 大 误 差 ， 计 量 误 差 直 接 影 响 到 输 送 天 然 气 的 实 效 性 。 为 了改 进 现 状 ，对 于 现 阶 段 的计 量 仪 器 有 必要进 行谨 慎选择 ，运 用 适 当的方式来计 量天 然气 。只有 全 面 加 以 改 进 ，才 能 致 力 于 减 少 直 至 消 除 输 差 ， 有 效 控 制 长 输管道对于天然气的输送过程 。 １ 天 然 气 输 差产 生 的根 源 从基本构造来看，孔板流量计具体包含了差压变送器、流量 计算仪、温度与压力变送器、高级节流装置等 。计量时，先要设 置适 当的参数条件 ，在此前提下，流量计就能依照连续性流动 的 基本原理来计算流量。同时，依照流量与压差的内在联系，也可 以通 过 推 导得 到精 确 的输 气 流 量 。具体 进 行计 量和 运 算时 ， 首先 要 明确 标 况下 的天 然 气体 积 流 量 、孔径 比与流 出系 数 、气 体压 缩 因子等各项参数。经过综合推导，就可以求出精确的体积流量。 目前各 地在输 送天 然气 的过程 中，多数 都运 用了长距 离 的 输 送 管 线 。 因 此 ，在 计 量 时 ，通 常 选 择 孔 板 流 量 计 。然 而 天 然 气 供 应 方 与 用 户 之 间通 常 都 会 存 在 输 送 误 差 ，产 生 误 差 的根本 原 因就在于计 量不 准确 。受到各项 因素 的影响 ，孔 板 流量计 经常 会表现 出不 同程 度 的计量误 差，因此 造成 了较 大 的输差 。 由此 可见，要 想消 除输差 ，首先就 要探 寻天然气 输 差 如何 受到 孔板 流量 计的影 响 。只有在 明确 了流 量计影 响因 素 的基 础 上 ， 才 能通 过 运 算 得 到 精 准 的 误 差值 。 ２ 孔板流量计对输差的影响 现 阶段 的长距 离输 气体 系 已经形成 ，很 长时 期 以来 ， 占 据主 导位置 的都是孔 板阀输气 方式 。在进行天然 气的输送时 ， 相关人 员有必要遵 照现 行的标准来调控输气过程 ，具体需要选 择适 当的二次仪表并 且配备孔 板节流装置 。到 了后期养护时 ， 设 计人 员也应 当依照 现行标 准加 以维护 ，确 保在 最大限度 内 控制 输气 的精确 度。 由此 可 见，对于 天然气输 差应 当进行 全 方位 的控制与调节 ，确保企业 能获得最大的利 润。具体而言 ， 天然气输 差经 常受到孔板流 量计的如下影 响 ： 化工 设 计 通讯
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孔板流量计在油田天然气计量上的应用探讨
摘要文章以油田天然气计量工作作为研究对象，重点研究总结在孔板流量计安装中的操作要点与注意事项，就孔板流量计实际运用中产生计量误差的主要因素以及误差消除措施进行了分析与探讨，望能够引起各方人员的高度关注与重视。
关键词孔板流量计；油田；天然气计量；安装；误差中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0095-01
在油田工程领域进行天然气计量的过程当中，孔板流量计有着相当广泛的应用价值。
孔板流量计的主要组成部分包括节流装置、差压计、导压管、压力计、以及温度计这几个方面。
孔板流量计的选取与安装至关重要，会对其测量精度产生决定性影响。
与此同时，天然气计量中，也可能受各种因素影响，发生计量方面的误差，需要及时采取相应的消除措施。
针对此问题，本文现展开如下分析与探讨。
1 孔板流量计的安装要点分析
油田工程中对孔板流量计的安装需要严格参照相关标准开展。
针对直管段、孔板、变送器、以及相关附件而言，在安装过程中有不同的性能要求。
具体可以总结如下。
1）从直管段的角度上来说，在当前技术条件支持下，孔板流量计当中的直管段安装需要由前端阻流件的结构形式以及直径比取值加以确定。
在以上参数取值为已知状态的情况下，能够直接按照国标标准查找并确定孔板流量计所对应的直管段安装长度标准。
还需要特别注意的一点是：若孔板上游区域内安装有整流器，则可结合实际情况，适当的缩短安装孔板流量计对应的直管段长度。
由于当前石油企业所应用的孔板上游大多设置有流动调整器，故而结合实践经验来看，在孔板上游孔板阀内径位置（13D）安装整流器的背景之下，确保前直管段满足30D 的取值要求。
依照这样的安装方式，能够满足任何上游阻流件条件下的孔板流量计安装工作。
与前直管段相对应的，在后直管段的安装中，仅需要综合对直径比参数的考量加以确定。
在笔者的实践工作中还发现直管段的安装还存在一个特殊的问题，即由于在孔板流量计上所对应的上游区域→阻流件区域管段组成分两个方面，一方面直接由孔板流量计生产厂商配套供应，另一方面则由油田工程所提供。
由于供应方不同，可能在安装中发现两端直管段内径取值存在误差的问题。
受这一因素的影响，可能导致所安装直管段发生凹凸问题。
为避免这一问题，要求采取的措施为：10D单位以外台阶取值需要控制在2.0%圆度范围之内。
2）从孔板的角度上来说，在此部件的安装过程当中，要求参照节流装置中的直管段，按照对中的方式确定孔板的安装位置。
安装期间，应当最大限度的避免孔板流量计发生弯曲或者是变形方面的形态改变。
为了降低孔板流量计在后续实践应用中的误差，需要在孔板安装的过程当中，直接在法兰取压孔板上进行测试，确保其弯曲变形误差<3.5%。
3）从变送器的角度上来说，综合多方因素考量，要求在不对整个孔板流量计正常安装产生不良影响的前提条件下，尽量控制差压管段、引压管段的安装距离。
同时，变送器安装中还应当注意一定角度的倾斜，避免天然气剂量中，因凝液大量汇集而对变送器，乃至整个孔板流量计的运行产生不良影响。
4）从其他相关附件的角度上来说，首先，对于垫片而言，原则上要求结合油田天然气计量要求，对材料的厚度进行严格控制，标准以<0.5 mm为宜。
同时，在垫片的安装中要求不能突出管壁，防治对孔板流量计的测量产生较大误差与影响；其次，对于阀门而言，在与流量调节相关的阀门部件安装中，要求以节流件后最小管段长度为安装标准；最后，对于节流装置而言，安装前要求对安装区域内管道进行彻底的清理与吹扫。
2 孔板流量计误差及其消除分析
根据油田工程中天然气计量的实践经验来看，孔板流量
计可能诱发误差的主要因素包括：节流装置安装使用所致的计量误差；参数测量误差所致的计量误差。
并且，以上误差因素影响下还可进一步划分大量的影响量，对应的误差消除方法也存在一定的差异。
具体可以归纳为以下几个方面。
1）从节流装置安装使用所致的计量误差角度上来说，具体的影响量以及对应的误差消除措施包括以下几个方面：首先，是压力测量以及差压测量过程当中，导压管发生堵塞或者是泄露的问题。
针对该问题，建议通过及时对导压管进行彻底清理与吹扫，并缩短定期维修间隔时间的方式消除误差；其次，是流量计孔板入口位置变形弯曲的问题。
针对该问题，建议通过及时对孔板进行更换或者是检定的方式达到消除误差的目的；再次，是孔板流量计计量管内部大量结构并导致粗糙度有所提供的问题。
针对该问题，建议在粗糙度修正无效的条件下，对孔板进行更换，同时将直径比控制在0.3～0.5区域内，或直接对管道进行更新；最后，是孔板内部大量堆积污物的问题。
针对该问题，建议通过替换高级孔板阀部件，提高周期检查与清洗频率的方式来达到消除误差的目的。
2）从参数测量误差所致的计量误差角度上咯爱说，具体的影响量以及对应的误差消除措施包括以下几个方面：首先，是压力调节失稳以及差压波动方面的问题。
针对该问题，建议采用先调压、后计量的工作流程，同时重视对压力调节
器的维护管理工作，若调节器自身性能存在一定缺陷，建议将其更新为差压较大以及质量较高的调节器，优化其运行性能，从而达到消除误差的目的；其次，是天然气相对密度与设计参数误差较大，修正缺陷方面的问题。
针对该entire，建议及时将实测值计算处理并输入计算机后，对流量取值进行合理的修正，以消除本项误差；最后，是仪表零位漂移方面的问题。
针对该问题，建议通过更新零位漂移较小配合定期对零位进行校准的方式消除本项误差。
3 结束语
孔板流量计在油田天然气计量中的应用实现了价格低廉、使用寿命长、结构简单、适应性好等多个方面的优势，且可以直接确定差压信号与流量之间的关系，省去了校准环节，测量精度得到了进一步的提升。
介于孔板流量计在石油天然气计量领域中的突出应用价值，本文重点从孔板流量计的安装以及误差消除这两个方面入手，展开探讨与分析，望引起重视。
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