管路阻力计算
瓦斯管路阻力损失计算公式推导(一)
瓦斯管道阻力损失计算公式推导（一）一、 管道摩擦阻力的基本方程1．一般方程H=λd L γgV 22（1）式中：H ――管道压力损失，mmH 2O ； λ――管道的摩阻系数，无因次； Ｌ――管道长度，ｍ； d ――管道内径，m ； γ――瓦斯容重，kg/m ３； g ――重力加速度，m/s 2； Ｖ――管道内的瓦斯流速，m/s 。
以V=24d Qπ代入(1)式得：H=λd L γ422216dg Q π= 0.08263λ52d LQ γ (2) 式中：Ｑ――管道内瓦斯流量，m 3/s 。
将流量Q 的单位换算成m 3/h ，管道内径d 的单位换算成cm ，则： H ＝ 64λ52d LQ γ (3)(3)式即为《煤矿抽放瓦斯》209页给出的摩擦阻力计算公式，但该书中对流量Ｑ和管径d 给出的单位是错的，应分别为m 3/h 和cm 。
2．低压管道摩擦阻力的基本方程因Q=Q 00PT TP ，γ=γ0TP PT 00，代入（3）式得： Ｈ＝ 64λ520d LQ γ0PT TP (4) 式中：H ――管道压力损失，mmH 2O ； λ――管道摩阻系数，无因次； Ｌ――管道长度，ｍ；Q 0――标准状态下内的瓦斯流量，Nm 3/h ；d ――管道内径，cm ；γ0――标准状态下的瓦斯容重，kg/Nm ３； P 0――标准状态下的大气绝对压力，Pa ； P ――管道内的瓦斯绝对压力，Pa ；Ｔ――管道内的瓦斯绝对温度（Ｔ＝273＋t ），ºＫ； Ｔ０――标准状态下的瓦斯绝对温度（Ｔ０＝273），ºＫ； t ――管道内瓦斯的温度，℃。
因低压管道（相对压力≤0.005MPa ）的绝对压力P 与标准大气压力P 0的差值较小，为了简化计算，可以忽略压力的影响，将（4）式简化成下式：Ｈ＝ 64λγ52d LQ 0T T(5) 因瓦斯的相对比重Ｓ＝空γγ，则γ0＝Ｓγ空0，代入（5）式得：Ｈ＝ 83λＳ52d LQ 00PT TP (6) 式中：Ｓ――瓦斯的相对比重（空气＝１）；γ空0――空气的比重(γ空0＝1.293)，kg/Nm ３。
管阻计算
摩擦阻力计算根据管径、流量的不同应分段计算阻力，每段管路摩擦阻力可用下式计算：25081.9Q d K L h f ∆= (1-84) 式中： h f ——某段管路的摩擦阻力，Pa ；L —— 管路长度， m ；Δ—— 混合瓦斯对空气的相对密度；Q ——某段管路的混合瓦斯流量，m 3/h ；K 0——系数，根据管径由表1-54查得；d —— 管路内径，cm 。
（1-84）式中混合瓦斯对空气的相对密度Δ按下式计算：瓦斯抽放泵站至二采区中部石门已知：抽采浓度20%、混合流量15.7m ³/min ﹑K 0=0.71﹑管径为：20cm 管路长度：2782m ﹑混合瓦斯对空气的相对密度为：1.17776 25081.9Q dK L h f ∆= =（9.81*945*2782*1.17776）÷（0.71*205）=12.54 kpa二采区中部石门至+1550水平214瓦斯抽采巷已知：抽采浓度35.5%、混合流量1.41m ³/min ﹑K 0=0.71﹑管径为：20cm ﹑管路长度：461.5m ﹑混合瓦斯对空气的相对密度为：1.09134 25081.9Q d K L h f ∆= =（9.81*84.6*461.5*1.09134）÷（0.71*205） =0.0155 kpa+1550水平214瓦斯抽采巷至+1600水平212,211回风巷 已知：抽采浓度35.5%、混合流量0.86m ³/min ﹑K 0=0.62﹑管径为：10cm ﹑管路长度：493.5m ﹑混合瓦斯对空气的相对密度为：0.91848 25081.9Q d K L h f ∆= =（9.81*51.6*493.5*0.91848）÷（0.62*105） =0.19 kpa二采区中部石门至一采区+1600水平122,142回风巷已知：抽采浓度22%、混合流量6.4m ³/min ﹑K 0=0.7﹑管径为：15cm﹑管路长度：1241m ﹑混合瓦斯对空气的相对密度为：1.16624 25081.9Q dK L h f ∆= =（9.81*384*1241*1.16624）÷（0.7*155） =3.9 kpa二采区中部石门至一采区+1550水平113,124瓦斯抽采巷 已知：抽采浓度13.6%、混合流量4.96m ³/min ﹑K 0=0.7﹑管径为：15cm﹑管路长度：2022.7m ﹑混合瓦斯对空气的相对密度为：1.2181 25081.9Q dK L h f ∆= =（9.81*297.6*2022.7*1.2181）÷（0.7*155） =4 kpa一采区+1600水平122回风巷至一采区+1600水平121回风巷 已知：抽采浓度69%、混合流量0.112m ³/min ﹑K 0=0.62﹑管径为：10cm﹑管路长度：654m ﹑混合瓦斯对空气的相对密度为：0.89544 25081.9Q dK L h f ∆= =（9.81*6.72*654*0.89544）÷（0.62*105） =0.006kpa。
管道阻力计算
管道阻力计算:管道阻力计算公式：R=(λ/D)*(ν^2*γ/2g)。
ν-流速(m/s)；λ-阻力系数；γ-密度(kg/m3)；D-管道直径(m)；P-压力(kgf/m2)；R-沿程摩擦阻力(kgf/m2)；L-管道长度(m)；g-重力加速度=9.8。
压力可以换算成Pa，方法如下：1帕=1/9.81(kgf/m2)。
管路内的流体阻力流体在管路中流动时的阻力可分为摩擦阻力和局部阻力两种。
摩擦阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦产生的阻力，又称为沿程阻力，以hf表示。
局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门以及管道截面的突然扩大或缩小等局部部位所引起的阻力，又称形体阻力，以hj表示。
流体在管道内流动时的总阻力为Σh=hf+hj。
流体阻力的类型如下：由于空气的粘性作用，物体表面会产生与物面相切的摩擦力，全部摩擦力的合力称为摩擦阻力。
与物面相垂直的气流压力合成的阻力称压差阻力。
在不考虑粘性和没有尾涡（见举力线理论）的条件下，亚声速流动中物体的压差阻力为零（见达朗伯佯谬）。
在实际流体中，粘性作用下不仅会产生摩擦阻力，而且会使物面压强分布与理想流体中的分布有别，并产生压差阻力。
对于具有良好流线形的物体，在未发生边界层分离的情形（见边界层），粘性引起的压差阻力比摩擦阻力小得多。
对于非流线形物体，边界层分离会造成很大的压差阻力，成为总阻力中的主要部分。
当机翼或其他物体产生举力时，在物体后面形成沿流动方向的尾涡，与这种尾涡有关的阻力称为诱导阻力，其数值大致与举力的平方成正比。
在跨声速（见跨声速流动）或超声速（见超声速流动）气流中会有激波产生，经过激波有机械能的损失，由此引起的阻力称为波阻，这是另一种形式的阻力。
作加速运动的物体会带动周围流体一起加速，产生一部分附加的阻力，通常用某个假想的附连质量与物体加速度的乘积表示。
船舶在水面上航行时会产生水波，与此有关的阻力称为兴波阻力。
水泵扬程,管路阻力估算
水泵扬程估算方法水泵扬程的计算公式本来就是估算，所以还不如彻底估算冷冻水泵扬程计算方法空调闭式水系统的扬程计算公式为：H=1.2∑△h，其中1.2为附加安全系数。
而∑△h为管路总阻力损失。
那么，∑△h是怎么计算的？对闭式水系统：∑△h=Hf+Hd+Hm。
Hf、Hd——水系统沿程阻力和局部阻力损失Pa。
Hm——设备阻力损失Pa。
冷冻水泵扬程估算方法估算方法1：暖通水泵的选择：通常选用比转数ns在130～150的离心式清水泵，水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1～1.2倍（单台取1.1，两台并联取1.2。
按估算可大致取每100米管长的沿程损失为5mH2O，水泵扬程（mH2O）：Hmax=△P1+△P2+0.05L (1+K)△P1为冷水机组蒸发器的水压降。
△P2为该环中并联的各占空调未端装置的水压损失最大的一台的水压降。
L为该最不利环路的管长K为最不利环路中局部阻力当量长度总和和与直管总长的比值，当最不利环路较长时K值取0.2～0.3，最不利环路较短时K值取0.4～0.6估算方法2：这里所谈的是闭式空调冷水系统的阻力组成，因为这种系统是量常用的系统。
1.冷水机组阻力：由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。
2.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度的磨擦阻力即比摩组取决于技术经济比较。
若取值大则管径小，初投资省，但水泵运行能耗大；若取值小则反之。
目前设计中冷水管路的比摩组宜控制在150~200Pa/m范围内，管径较大时，取值可小些。
3.空调未端装置阻力：末端装置的类型有风机盘管机组，组合式空调器等。
它们的阻力是根据设计提出的空气进、出空调盘管的参数、冷量、水温差等由制造厂经过盘管配置计算后提供的，许多额定工况值在产品样本上能查到。
此项阻力一般在20~50kPa范围内。
4.调节阀的阻力：空调房间总是要求控制室温的，通过在空调末端装置的水路上设置电动二通调节阀是实现室温控制的一种手段。
二通阀的规格由阀门全开时的流通能力与允许压力降来选择的。
管道沿阻力计算公式
管道沿阻力计算公式管道是工业生产中常见的输送介质的设备，而管道沿阻力则是影响管道输送效率的重要因素之一。
在工程设计和运行中，准确计算管道沿阻力是非常重要的，可以帮助工程师合理选择管道尺寸和泵站参数，从而提高管道输送效率，降低能耗。
本文将介绍管道沿阻力的计算公式及其应用。
一、管道沿阻力的定义。
管道沿阻力是指流体在管道内流动时受到的摩擦阻力，是由于管壁与流体之间的相互作用而产生的。
管道沿阻力的大小与管道的长度、内径、流体性质以及流速等因素有关。
通常情况下，管道沿阻力可以通过计算公式来进行估算。
二、管道沿阻力的计算公式。
1. 管道沿阻力的一般计算公式。
在一般情况下，管道沿阻力可以通过以下公式进行计算：f = λ (L/D) (v^2/2g)。
其中，f为单位长度管道的摩擦阻力系数；λ为摩擦阻力系数，取决于管道壁面的光滑程度和流体的性质；L为管道长度；D为管道内径；v为流体流速；g为重力加速度。
2. 管道沿阻力的修正计算公式。
在实际工程中，由于管道的弯曲、分支、阀门等附件的存在，会对管道沿阻力产生影响。
因此，为了更精确地计算管道沿阻力，可以采用修正公式：ΔP = f (L/D) (v^2/2g) + ΣK (v^2/2g)。
其中，ΔP为管道总阻力；f、L、D、v、g同上；ΣK为附件产生的阻力系数之和。
三、管道沿阻力计算公式的应用。
1. 工程设计中的应用。
在管道工程设计中，通过计算管道沿阻力可以帮助工程师选择合适的管道尺寸和泵站参数，从而满足输送介质的流量和压力要求。
通过合理计算管道沿阻力，可以降低管道系统的能耗，提高输送效率。
2. 管道运行中的应用。
在管道运行过程中，通过定期计算管道沿阻力，可以监测管道系统的运行状态，及时发现管道内部的问题，并进行维护和修复。
同时，通过管道沿阻力的计算，还可以评估管道系统的运行性能，为管道系统的优化提供参考依据。
四、总结。
管道沿阻力是管道系统中的重要参数，对管道的输送效率和能耗有着重要影响。
流体流动6-管路计算概述.
例：在20℃下苯由高位槽流入某容器 中，其间液位差5m且视作不变。两容 器均为敞口，输送管为φ32×3无缝钢 管（ε=0.05mm）长100m（包括局部 阻力的当量长度）。
求：流量。 该题为试 差法求解（因为流量未 知）
解：已知h=5m, p1=p2=pa, d=32-2×3=26mm 本题为操作型问题，输送管路的总阻 力损失已给定 即
现已知 设流动已进入阻力平方区，查p29图 1-32取初值
或用公式 以截面1-1（高位槽液面）及2-2（输送 管出口断面）列柏氏方程
查得20℃时苯为
查p29图1-32得 与假设值有差别，重新计算速度如下：
所得流速正确
4、分支与汇合管路的计算
工程上解决交点 0 处的能量交换和损失的两 种方法：
管径的优化：
最经济合理的管径dopt或流速u的选择：
使总费用（每年的操作费与按使用年限计的 设备折旧费之和）为最小 操作费：包括能耗及每年的大修费（设备费 的某一百分数），故u过小、d过大时，操作 费反而升高。 圆整：据管道的国家标准 结构限制：最小半径，如支撑在跨距5米以上 的普通钢管，管径应不小于40mm
2 1
2 2
P1
2 2 u l u l 1 3 d 1 2 d 3 2
P2
4
d u
2 1 1
4
d u
2 2 2
4
d u
2 3 3
操作型计算： 设为一常数，由上述方程组求出u1、u2、u3 如有必要，验算总管及各支管的Re数，对假 设的值作出修正
摩擦系数计算式:
du ,d
水泵扬程计算及管道阻力损失计算
以上的管路阻力和水泵扬程的计算皆可用估算及查表的方法快速求得，详细计算过程及结果如下：
冷冻水泵的扬程估算：
1. 冷水机组阻力：60—100kpa（取100kpa即10m水柱）
2. 管路阻力：制冷机房，除污器、集水器、分水器及管路等的阻力：
50kpa （5m 水柱）；
取输配侧管路长度250m,其比摩阻200pa/m.
则摩擦阻力为：250X200=50000pa=50kpa （5m 水柱）考虑输配侧的局部阻力为摩擦阻力的50%,则局部阻力为=25kpa （2. 5m 水柱）
统计管路的总阻力为:50+50+25=125kpa （12.5m水柱）。
3. 空调末端装置阻力：20—50kpa （取20kpa即2m水柱）
4. 调节阀的阻力：40kpa （4m水柱）
冷冻水系统的各部分阻力之和为：80+110+50+40=280kpa（28m水柱）冷冻水泵扬程：取10%的安全系数，则扬程H=31m冷却水泵扬程估算:
1. 冷水机组阻力：60—100kpa （10）
2. 管路阻力：制冷机房，除污器及管路等的阻力：30kpa
取输配侧管路长度100m,其比摩阻200pa/m.
则摩擦阻力为:100200=20000pa=20kpa （2m 水柱）
考虑输配侧的局部阻力为摩擦阻力的50%,则局部阻力为=10kpa
统计管路的总阻力为：30+20+10=60kpa （6m水柱）
3. 调节阀的阻力：40kpa 冷却水系统的各部分阻力之和为：
80+60+40=180kpa （18m水柱）设冷却塔进出水高差为4m,则总阻力和为20m水柱。
水泵扬程：取10%的安全系数，则扬程H二二22m.。
管道阻力的基本计算方法
管道阻力计算空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时(如三通、弯头等)，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：ρλ242v R R s m ⨯= (5—3) 式中 Rm ——单位长度摩擦阻力，Pa ／m ；υ——风管内空气的平均流速，m ／s ；ρ——空气的密度，kg ／m 3；λ——摩擦阻力系数；Rs ——风管的水力半径，m 。
对圆形风管：4D R s =(5—4)式中 D ——风管直径，m 。
对矩形风管 )(2b a abR s += (5—5)式中 a ，b ——矩形风管的边长，m 。
因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力ρλ22v D R m ⨯= (5—6) 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。
计算摩擦阻力系数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：)Re 51.27.3lg(21λλ+-=D K (5—7)式中 K ——风管内壁粗糙度，mm ；Re ——雷诺数。
υvd=Re (5—8)式中 υ——风管内空气流速，m ／s ；d ——风管内径，m ；ν——运动黏度，m 2／s 。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。
图5—2是计算圆形钢板风管的线解图。
它是在气体压力B ＝101．3kPa 、温度t=20℃、管壁粗糙度K ＝0．15mm 等条件下得出的。
经核算，按此图查得的Rm 值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／d 值算出的Rm 值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。
只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。
图5—2 圆形钢板风管计算线解图[例] 有一个10m 长薄钢板风管，已知风量L ＝2400m 3／h ，流速υ＝16m ／s ，管壁粗糙度K ＝0．15mm ，求该风管直径d 及风管摩擦阻力R 。
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化工工艺设计(Chemical Process Design)
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
管子类别
适用场合
有色金属管
衬里钢管
铜管多用作低温管道（泠冻系统）、仪表的测 压管线或传送有压力的流体（如油压和润滑） 铝管输送浓硝酸、醋酸、甲酸等物料 铅管常用作硫酸或酸性物料管道
§6-2化工管路设计基础
第二节 化工管路设计基础
（一）管子、管件与阀门 （二）管路设计步骤 （三）管路阻力计算
（四）管路的胀缩补偿 （五）管道的防腐、标志及保温
(六) 管架设计
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§6-2化工管路设计基础
（一）管子、管件与阀门 1、化工用管（见下表）
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§6-2化工管路设计基础
（一）管子、管件与阀门截止阀
安全阀Βιβλιοθήκη 化工工艺设计(Chemical Process Design)
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
3、化工管路常用管件（见下表）
管件名称 弯头
三四通、Y形管
异径管
作用与规格
改变流向；其规格有45°、60°、 90°、180°
活接头
异径管
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§6-2化工管路设计基础
（一）管子、管件与阀门
螺纹接头
法兰及垫片
金属法兰
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
4、管道连接方法（见下表）
闸
阀但不宜用于含固体物的流体管路，也不宜用于输
送腐蚀性流体的管路。其尺寸较大、价格高
可调节流量；应用广泛，不适于带颗粒和粘度较
截止阀 大的介质。其公称直径＜200㎜
可节流，调节流量和压力；主要用于仪表调节流
节流阀 量和节流用，也可作取样用，不适用粘度大和含
固体颗粒的介质。其公称直径＜25㎜
旋
阀可悬制浮成物三 和通固或体四杂通质路的阀管门路作（分低配温换 ）向。用DN ，＜用20于0㎜含
连接方法
焊接 螺纹连接
法兰连接 其他连接
特点与使用场合
成本低、方便、可靠；特别适用于大 口径的长管道连接，但拆装不便 结构简单、装拆方便；主要用于小直 径的水煤气钢管的连接，在化工厂只 用于上下水、压缩空气管道的连接。 强度高、装拆方便、密封可靠；适用于 各种温度、压力的管道，但费用较高
如承插式、填料函式连接等
闸阀
疏水阀
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
直通式闸阀
闸阀
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
自封式旋塞阀
直通式止回阀
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针形阀 止逆阀
特用于高压操作和要求精确调节流量的管路
其作用是防止倒流。故在锅炉进水、往复泵的进出口管路 上设止逆阀
安全阀
减压阀
疏水器
能使设备自动泄压而防止超压爆炸；一般用在锅炉上
能自动将高压减为低压；通常用于加压水蒸气和压缩空气管路 上
其作用是排除泠凝液而不让气体排出；一般用于蒸汽管路上 或蒸汽加热器的泠凝水排除管路上。
输送腐蚀性介质
非金属管 陶瓷管常用作排除腐蚀性介质的下水和通风管道
硬聚氯乙烯管可输送各种酸类、碱类和盐类
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2、化工管路常用阀门（见下表）
阀门类别
功能与用途
可切断和调节流量；用于各种气体和液体管路上，
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阀门类别
功能与用途
球阀 隔膜阀
与旋阀相仿，但小，不能作调节流量用。适用于低温高压 及粘度大的介质和要求开关迅速的部位
可调节流量；适用于酸、碱性和带悬浮物的介质。但橡胶 膜的材质不适用高于60℃及有机剂和强氧化剂的介质
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减压阀
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闸阀
球阀
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
5、公称直径与公称压力
公称直径用符号DN或DN表示 它与管子的实际内径相近，但不一定相等。 凡是同一DN的管子，外径必定相同，但内径因壁厚不同而 异。例如φ57×3.5mm和φ57×4.5mm的无缝钢管，DN均为 50mm，但内径却分别为50mm48mm 目前水煤气钢管的DN用英寸表示，如2"表示DN2英寸
管子类别
适用场合
铸铁管 硅铁管 无缝钢管 水煤气管
常用作埋于地下的给水总管及污水管，化工厂 用来输送碱液及硫酸
高硅铁能输送强酸，含钼的抗氯硅铁可输送各 种含量、温度的盐酸
可输送有压力的物料、水蒸气、高压水、过热 水以及可燃性和有爆炸危险的有毒性的物料
常用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、 低压蒸汽和凝液以及无侵蚀性物料的管道
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
碟阀
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§6-2化工管路设计基础
（一）管子、管件与阀门
隔膜阀
旋塞阀
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管路分流
改变管径
活接头
直管连接处
法兰盖、盲板
封闭管路
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§6-2化工管路设计基础 （一）管子、管件与阀门
三通管
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弯头
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