船用管子及其附件选型
情境一 管系等级的划分 情境二 船用管子的选用
情境三 管路计算与质量检验 情境四 管系中常用附件的选用 1、能力目标
能根据管子的使用要求对管子进行等级的划分；
能根据系统特点选择管子的材料；
会估算管子的管径和壁厚；
能选择管子的规格；
能对选用的管子进行质量检验 ；
能根据管系的要求合理选择管路的附件类型；
能阅读船舶规范，会查阅设计手册进行附件的估算；
能对常用的管路自制附件进行设计。 2、知识目标
了解船舶管路系统的含义及组成；
了解船舶管路生产设计的发展历程；
了解管路各种附件的型式、结构、工作原理、适用场所。
3、教学重点
管材的种类及选用原则、管径及壁厚计算的主要影响因素；
管路连接附件的工作原理和结构、种类 ；
管路调节、控制附件和观察附件的种类、工作原理、结构 。 活动设计
在专用学习室，将学生分成若干组，利用多媒体教学，学生查阅专业的“船舶规范”和“船舶设计手册”、“产品目录”等资料，由教师设计几套管路系统的参数的要求，由学生来进行管子的管径和壁厚的估算，选择满足要求的管子，对常用的管路附件进行计算、选型。最后来进行评价。
参考学时
14学时
情境一 管系等级的划分 为了确定适当的试验要求、连接形式以及热处理和焊接工艺规程等。对不同用途的压力管系，按其设计压力和设计温度，一般分为三级 表2－1 管系等级
Ⅰ级 管系 设计压力设计温度℃ Ⅱ级 压力温Ⅲ级 压力温设计设计设计设计MPa 度℃ MPa 度℃
和≤和≤MPa 蒸汽和热>1.6 或>300 ≤1.6 ≤0.7 300 170 油 燃油 >1.6 或>150 ≤1.6 其它介质 >4.0 或>300 ≤4.0 和≤150 和≤300 ≤0.7 ≤1.6 和≤60 和≤200
①当管系的设计压力和设计温度中，一个参数达到表中Ⅰ级规定时，即定为Ⅰ级管系；当管系的设计压力和设计温度均达到表中Ⅱ级和Ⅲ级规定时，即定为Ⅱ级管系和Ⅲ级管系。
②有毒和腐蚀介质、加热温度超过其闪点的可燃介质和闪点低于60℃的介质、以及液化气体等一般为Ⅰ级管系；如设有安全保护措施以防泄漏和泄漏后产生的后果，也可为Ⅱ级管系，但有毒介质除外。
③货油管系一般为Ⅲ级管系。
④不受压的开式管系，如泄水管、溢流管、透气管和锅炉放汽管等为Ⅲ级管系。
⑤其它介质指空气、水、滑油和液压油等。
⑥热油指热油系统的循环油液。 情境二 船用管子的选用
管子的材料、规格和特性
管子是用来输送各种工作介质的通道，由于各种工作介质的压力，温度、流量及腐蚀性的不同，也就决定了管子的种类，规格的繁多及具有不同的特性。
在各类船舶上常用的管子主要有三大类别、即钢管、铜管、塑料管。 钢 管 1、钢管按制造工艺分
有缝钢管和无缝钢管
2、钢管按材料分
普通碳素钢、优质碳素钢、合金钢和不锈钢等 无缝钢管
1、无缝钢管的材料牌号
一般为10号、20号、30号等优质碳素钢，及A2，A3、A4等普通碳素钢，合金钢则为10Mn2、09Mn2V、16Mn、15MnV、12Mnov等，不锈钢多为OCrl8Ni9Ti、ICrl8Ni、10Ti、1Crl8Nil0Ti等 。
2、无缝钢管加工工艺
圆坯加热后，经穿管机穿孔轧制（热轧）而成，或者经过冷拔成为外径较小的管子。 3、无缝钢管的特性
具有足够的强度，良好的延伸率和工艺性(即可冷弯、也可以热弯和良好的焊接性)。
4、无缝钢管的应用
在船舶各管系中应用得最为广泛。例如：蒸汽管、燃油管、滑油管、压缩空气管、冷却水管、消防管等。
有缝钢管
1、有缝钢管的材料牌号
A2、A3、B2、B3等，A类钢多用于船舶。
2、有缝钢管加工工艺 由钢板卷曲后经焊接而成
3、有缝钢管的分类
白铁管（镀锌） 、黑铁管 4、有缝钢管的特性
由于有缝钢管所选用的材料无严格要求，故其机械性能也相对较差。
5、有缝钢管的应用
白铁管只适用于常温和工作压力P≤0.1MPa以下的日用水，卫生水、舱底水等系统；
黑铁管可用于输送低温低压的水和油等工作介质，有时也可用于低压的废气和蒸汽系统。 铜 管
常用的有紫铜管和黄铜管两种；
紫铜管由含铜量99.5％以上的纯铜拉制和挤制而成；
黄铜管由铜基合金制成，两者相比较紫铜管的韧性稍高一些，黄铜管的强度稍高一些。 紫铜管
紫铜管经退火后，质地柔软，工艺性好，具有很高的塑性和耐蚀性，它不适用于高温、高压系统，再加之价格较贵，在一般的船舶上，只用于压力表管或直径φ≤14mm的液压油类管，但在舰艇上得到广泛应用，如海水系统，液压系统，滑油系统等。
常用的紫铜管材料牌号有T1、T2、T3、T4、TUP等，由制造厂供应的紫铜管均末退火，故在加工过程中，首先应对弯曲部位进行退火，退火温度一般为550—650℃之间。 黄铜管
黄铜管的特点是抗海水及空气的腐蚀能力很强，而且有很好的导热率，但由于冶炼困难产量少，价格较贵，一般只用于热交换器的管束及通话管。
黄铜管系由H62、H68、锡黄铜HSn70—1、HSn62—1、铅黄铜HPb59—1、铁黄铜HFe59—l—l等拉制或挤制而成，黄铜管在加工过程中也均应首先进行退火处理。 双金属管
双金属管是指管壁由两层不同的金属组合而成的管子，即外层为10号优质碳素钢，内层镀有0.6 ～0.8 mm厚的T4号铜制成, 管子的外径D为6 ～ 70mm，壁厚δ为1.5～6mm，管长L为3～7m。
双金属管具备了钢管和紫铜管的双重特点，即有较高的机械强度，又有较强的耐腐蚀能力，因此，它一般专用于高压空气管路，常用于舰艇上。这种管子加工较困难，因钢和铜的溶点、机械性能都不同，所以最好采用冷弯工艺。 铝 管
铝管是拉制或挤制而成的无缝管，一般船舶铝管由硬铝合金拉制而成。主要优点是重量轻、耐腐蚀、塑性好、易加工，常为一般轻型快艇所采用。由于其机械性能不及铜管，只适用于低温、低压的场合，如燃油管、滑油管、冷却水管路等。
常用的铝管牌号有LF2－M防锈合金铝、LF2、LF21、LYll、LYl2等。这种管子即可冷弯、也可热弯、冷弯前需经退火处理。 塑料管
塑料管一般由耐冲击聚氯乙烯制成，它具有重量轻，比目前船上常用的任何一种金属管都轻，耐腐蚀性能强，还具有摩阻小、绝缘、隔音、吸振、耐磨、绝热和不需油漆，加工与安装工艺较简便等优越特性，但是也存在着强度低、耐热、防火性能差、膨胀系数大，易老化，破损不易修补，焊接温度不易控制等缺陷。
目前这种管子仅用于工作温度在0℃～＋60℃，工作压力小于0.6MPa的管系中，可用于Ⅲ级管路中的液货、原油清洗、滑油、液压油、舱底水、甲板排水、污水、洗涤水、空气管等。随着塑料管的材料性能不断改进，制造工艺的不断完善，必将会获得广泛的应用 。 钛合金管
钛合金是问世不久的新型材料，用这种材料制造的管子优于无缝钢管和紫铜管所具备的特性，且又克服了无缝钢管耐腐蚀性差、紫铜管强度低的问题，但由于其价格昂贵、规格较少。
它目前的应用只局限于舰艇上某些特殊的场合。 玻璃纤维增强塑料管
玻璃纤维增强塑料管属于复合型，以树脂为粘接剂，以玻璃纤维及其制品为增强体的复合材料。船上所用玻璃纤维增强塑料管，主要用于油船的专用压载水管。
玻璃纤维管具有重量轻、强度高、耐热性能好、绝缘性能优良、良好的耐腐蚀性等优点。但其价格较高，一般均在船东指定时才采用。 管子的选用 1、使用要求
使用要求主要是指管系对管子的机械强度、刚度、尺寸大小、重量、抗腐蚀能力，耐热性等。不同系统中的管子除要满足管内流通的工作介质在压力、温度、流量、抗腐蚀等要求，还应考虑是否受水击、振动等外界环境条件。
2、工艺要求
选用管子在满足使用要求的前提下，还应达到弯曲、焊接、安装、维护保养、检修等方面的工艺技术条件。
3、经济要求
在选用管材过程中，应在考虑使用要求和工艺要求的同时，还要防止大材小用，优材劣用。在符合使用要求的前提下，尽最大努力降低船舶的建造成本，在船舶设计阶段是实现这个目标的最佳时机。
情境三 管路计算与质量检验 1、管径计算
管径是根据管内流体的流速和流体流经管子的能量损失来决定的，在流量一定的情况下，管径主要取决于管内流体的流速。 2、管子壁厚的计算
压力：单位面积上所受到的正压力。
公称压力：管子、附件等在0℃时所能承受的压力。
工作压力：一定温度的流体在工作状态下允许通过管子的压力。 强度试验压力：对管子和附件作强度试验时的压力。 最小壁厚
δ——最小计算壁厚，mm, δo——基本计算壁厚，mm， b——弯曲附加余量，mm， c——腐蚀余量，mm， 表2－7 钢管腐蚀余量
管系用腐蚀余量途 过热蒸汽管系 饱和蒸汽管系 货油舱蒸汽加热管系 锅炉开式给水管系 锅炉闭式给水管系 锅炉排污管系 压缩空气管系 液压油管系
c mm 0.3 0.8 管系用途 滑油管系 燃油管系 腐蚀余量c mm 0.3 1.0 2.0 货油管系 2.0 1.5 冷藏装置制冷剂管系 0.3 0.5 淡水管系 0.8 1.5 1.0 0.3 海水管系 冷藏货油盐水管系 3.0 2.0 基本计算壁厚
δo——基本计算壁厚，mm； P ——设计压力，MPa； D ——管子外径，mm；
[σ] ——管子许用应力， Pa；
e ——焊接有效系数，对无缝钢管、电阻焊和高频焊钢管及铜和铜合金管取1，其它方法制造的管子，另行考虑。
管子的质量检验 外观质量检验
管子的内外壁表面是否有裂纹、针孔、气泡、划伤、夹渣、起皮及蜂窝状锈蚀坑等。 内在质量检验
弯曲、扩口、翻边、压扁、铜管的氢病等试验。
弯曲试验：测定管材弯曲成规定尺寸和形状的能力。
扩口试验：测定管子直径阔扩大到一定程度时所引起的金属变形的能力。 翻边试验：测定管壁反折成规定角度时管子变形的能力。
压扁试验：测定管子压扁到一定尺寸时管子变形的能力。
铜管的氢病试验：将铜管放进钢制容器内，不断充进高温氢气并保温４０分钟，再将试样进行压扁试验。 图2－3 图2－1 图2－2 图2－4
钢管的翻边试验 钢管的弯曲试验 钢管的扩口试验 钢管的压扁试验
情境四 管系中常用附件的选用 1、定义：
管路附件是指安装在系统、管路及锅炉、仪器、机械设备上的各种截止装置的总称。
2、作用：
用来控制工作介质的流量、压力、温度、流向等参数。 连接附件
连接附件的功能
将系统中的机械、设备、仪表、附件和管子等相互连接起来，并给安装和检修带来便利。 连接方式
A、法兰连接（使用范围广，用于DN≥20mm以上的各种管子的连接）
B、螺纹接头（尺寸小，重量轻，拆装方便，使用可靠，用于DN在3~32mm的管子与管子、管子与附件、管子与设备的连接）
C、焊接（重量轻，尺寸小，装配方便，密闭性强，但不可拆御，焊接后管内的氧化皮不易清除且易腐蚀。 法兰连接 搭焊钢法兰 对焊钢法兰 船用铸钢法兰
椭圆形搭焊钢法兰 松套钢法兰 搭焊铜法兰 船用铸铜法兰 搭接焊
螺栓孔
图2－5 搭焊钢法兰 对接焊
图2－6 PN25对焊钢法兰 凹面 凸肩
图2－7 PN40、PN64对焊钢法兰 图2－8 椭圆形搭焊钢法兰 翻边
图2－9 松套钢法兰 螺纹接头
中间螺纹接头：两根管子之间的连接。
旋入螺纹接头：管子与带内螺孔的机械设备或附件的连接。 支管螺纹接头：两根轴线相交的管子的连接。
异径螺纹接头：不同的公称通径的管子与管子、管子与附件的连接。 外套螺母接头：管子与带外螺纹零件的设备、附件的连接。 螺纹三通四通接头：承受较大耐压能力的支管螺纹接头。 （a）
图2－10 中间螺纹接头
低压中间螺纹接头；(b) 中压中间螺纹接头 ；(c) 高压中间螺纹接头 1－A型平肩接头；2－外套螺母；3－垫片；4－A型中间螺纹接头 (b)
(c)
图2－11 螺纹三通四通接头 焊接连接 对接焊连接 搭接焊连接 套管焊连接 对接 搭接
套管焊接
图2－12 焊接连接
通舱管件
用于液舱、甲板和船舱隔壁及轻型隔壁上管子的相互连接，以保证水密。
焊接座板：分单面和双面焊接座板，用于公称通径较大的管子或附件的连接。
螺纹通舱管件：与螺纹接头配套使用的一种附件。
法兰通舱管件。
舱壁 舱壁
图2－13 焊接座板
(a)双面焊接座板；(b)单面焊接座板 图2－14 螺纹通舱管件 (a)A型；(b)Ｂ型 加强板 法 兰
图2－15 法兰通舱管件 挠性接管
目的：减振、隔音、抗冲击、保护动力设备的正常运转、防止管路连接的紧密性被破坏。
夹布胶管：结构简单，安装方便，富有弹性，重量轻，可隔离高机械振动对管系的影响，可补偿管子膨胀和船体变形引起的管子变形。
高压橡胶接管：用于液压系统的管路连接，由橡胶和金属网复合而成。
减振橡胶接管：安装在与动力机械设备相连接的管路上，起到减振、隔音和防冲击的作用。
金属波纹管：用于高温蒸汽，柴油机排气管路。 管箍 接管
环形凸面
图2－16 夹布胶管连接
图2－17 减振橡胶接管
1－接管本体；2－橡胶金属半环；3－调整螺钉；4－夹环 图2－18 低压金属波纹管 调节、控制附件 1、截止阀
功能：截止或接通管路中的工作介质，调节工作介质的流量。
按工作介质在阀腔中流通的形式分：直通（A型）和直角（B型）。
按材料分：铸铁、铸钢、锻钢和铸铜。
按连接方式分：法兰和螺纹。 法兰 阀杆 手轮
阀盘 阀座
图2－19 法兰截止阀
螺纹
图2－20 螺纹截止阀 止回阀
功能：控制工作介质只能沿着一个方向流动。
按工作原理分：重力式和摆臂式
按连接方式分：法兰和螺纹
按材料分：铸铁、铸钢和青铜
按流通方向分：直角和直通 直通式 直角式
图2－21 法兰止回阀 截止止回阀
功能：截止和阻止工作介质逆向回流的双重作用。
按工作介质的流通方向分：直通和直角
按连接方式分：螺纹式和法兰式
按制造材料分：铸铁、铸钢、锻钢和青铜。
规格相同的截止止回阀和截止阀外形是一样的，在其标记不明显的情况下如何区别？ 止动凸肩 导孔
直通式
图2－22 法兰截止止回阀 减压阀
工作原理：节流
功能：减压和自动调节
分类：蒸汽减压阀、水减压阀、空气减压阀、滑油减压阀、安全阀、温度调节器。 活塞
图2－24 水减压阀
1－阀体；2－阀上盖；3－膜片；4－阀杆；5－密封环； 6－阀盘；7－阀下盖；8－调节弹簧；9调整螺栓
图2－25 压缩空气减压阀
1－薄膜片；2、7－弹簧；3－弹簧座；4－调节螺栓；5－阀座；6－阀盘
图2－26压缩空气安全阀
1－接座；2－阀体；3－阀盘；4－弹簧座；5－弹簧；6－调节螺栓；7－锁紧螺母；8－通道 闸 阀
它的作用与截止阀相同，但只能是直通，且无节流作用，它有如下优点：外形尺寸小，法兰间的装配长度短，介质的流动阻力小，阀门安装不受方向限制，但闸阀的闸板与阀座间的密封面制造复杂，且易磨损，不能承受较高的压力。
材料：铸铁、铸钢、铸铜等。
图2－27 闸阀结构图
1－手轮；2－闸杆；3－阀盖；4－闸板；5－阀体 阀 箱
特点：便于集中管理，操纵方便，相对占用空间小。
按功能分：吸入截止阀箱、吸入截止止回阀箱、排出截止阀箱
按其外形分：单排阀箱、双排阀箱、三排阀箱等。 图2－28 法兰式单排吸入截止阀箱 1－阀体；2－阀盘；3－阀盖；4－阀杆 图2－29 法兰式单排排出截止阀箱
1－手轮；2－阀杆；3－阀盖；4－阀盘；5－阀体 图2－30调驳阀箱结构示意图
1－阀杆；2－阀盖；3－阀盘；4－阀座；5－阀箱体；6－排出阀；7－吸入阀 压力表阀
是一种专用于控制和联接压力表的阀门。
功能：
⑴由于压力表是易损件，当需要更换或维修压力表时，在卸下压力表前，将压力表阀关闭就可避免管路中的工作介质外泄；
⑵当工作介质是液体时，压力表管中往往积存着空气，而这部分空气可以使压力表不能稳定准确地指示工作介质的压力，压力表阀可以将这部分空气排出来，从而保证压力表正常工作。 图2－31 压力表旋塞 图2—32 压力表阀 观察附件
目的：
为了检查和测量系统中的机械和设备的压力、温度、液位等，以便随时了解和判别系统的工作情况，并进行必要的调整或采取措施。
类型：
压力表、温度计、液位指示器、液流观察器等。 压力表 用途：
测量系统中的容器或管路内的液体压力，还具有防尘、防溅，密封性能好，能保护内部机构免受机械损伤和灰尘、水滴的侵入。
分类：
压力表、真空表和真空压力表。 图2－33 弹簧管式压力表
1－接头；2－表壳；3－刻度盘；4－弹簧管；5－指针；6－连杆；7－传动机构 温度计
用途：测量工作介质温度
分类：玻璃水银、压力式
特点：
（1）玻璃水银（直形、90°角形、 135°角形）：结构简单，价格较低。安装方便，读数正确，但只能在观测点读数。
（2）压力式指示温度计（由表头、毛细管和感温包等组成）：可以将温度读数远距离传送。 图2－34 压力式指示温度计
1－毛细管；2－感温包；3－工作介质；4－连接螺母；5－活动螺母；6表头 表头 毛细管 感温包
液位表 用途：
安装在锅炉、液体箱柜及其它容器上，用以指示该容器内液体的液位。
在液位计两端各装有一个针形阀，它不但可以起到切断阀的作用，也可起到自动闭锁的作用。当液位计安装在容器上，构成一个连通器时，液位计的玻璃因意外事故碎后，自动闭锁在容器压力的作用下，自动密封，以防止容器内的介质继续外流。 针形阀
图2－35 UB-4型板式液位计结构图
1－上端针形阀；2－放气阀；3－伴热管接头；4－玻璃板；5－盖板；6－手轮；7－接头；8－下端针形阀；9－标尺；10－防尘帽； 11－伴热管；12－放空阀；13－流液管 滤 器
作用：过滤介质中的各种杂质，以保证系统中的机械和设备的正常工作。
分类：海水滤器、油滤器、气体滤器。
（1）海水滤器：由箱体、箱盖、滤板网）组成。必须直立安装在便于清洗和检查之处。
（2）油滤器：用来过滤滑油、燃油中的杂质，分粗、细滤器。滑油自清滤器。
（3）空气滤器：滤出压缩空气中的杂质。 图2－36 圆筒形网式粗滤器 图2－37 薄片式细滤器
1－盖片；2、3－金属片；4－柱
图2－38 滑油自清滤器
1－集污壳；2－滤芯外套；3－粗网布；4－细网布；5－滤芯本体；6－上压圈；7－下压圈；8－大齿轮；9－小齿轮；10－十字滑块；11－半联轴器；12－蜗杆轴；13－滤器盖 五、热交换器
作用：将热量从一种流体传递给另一种流体的传热设备。 根据用途分为：加热器和冷却器。
根据其结构形式分：盘管式、套管式、管壳式、板式和板翅式等。 盘管式
特点：易于加式制造，成本低，但传热效率低，外形尺寸大。 图2－39 盘管式热交换器 套管式
图2－40 套管式热交换器 管壳式
应用最广泛的一种热交换器，用作滑油冷却器、淡水冷却器、燃油加热器、冷凝器等。
分类：
固定管板式、U型管板式和浮头式。 固定管板式：
结构简单，易于制造，但由于它的管子、管板、壳体是刚性连接的，在两种流体有较大的温差时，它们之间由于膨胀不匀，连接处可能发生漏泄。 图2－41 固定管板式热交换器
1－传热管；2－管板；3－壳体；4－隔板；5－端盖 图2－42 U型管式热交换器
1－传热管；2－管板；3－壳体；4－隔板；5－端盖
优点：
活动管板可以在壳体内滑动，减少了由于热膨胀不均而产生泄漏的可能性；管束可以从壳体中抽出，便于清洗管子外壁。
图2－43 浮头式热交换器
1－传热管；2－固定管板；3－壳体；4－隔板； 5－端盖；6－活动管板；7－填料；8－压环 垫 片 按用途分：
密封垫片：
防止工作介质漏泄。用于管路连接。
衬垫片：
用于管路与支架之间的连接。其功能是：防止管子与支架的接触腐蚀；防止支架对管子的磨擦损伤；降低管子与支架之间的热传导，降低热损耗；降低声波的传递。
密封垫片
1)高压石棉橡胶垫片：颜色为紫红色，它适用于公称压力为6.4MPa和工作温度为400℃。 (2)中压石棉橡胶垫片：适用于公称压力4.0MPa，工作温度375℃，颜色是红色的。
(3)低压石棉橡胶垫片：这种灰色的垫片可用于公称压力为1.6MPa，工作温度为200℃的蒸汽，海水等管路的密封。
(4)耐油石棉橡胶垫片：专用于公称压力6.4MPa以下，工作温度低于100℃的燃油和滑油管路连接处的密封，颜色是绿色的。
（5）夹布橡胶垫片：一种耐油，一种专用于食用淡水管路的密封。 （6）O型橡胶密封圈 （7）紫铜垫圈
1、柔性石墨金属复合垫 适用面宽,耐高压、高温。
柔性石墨板和不锈钢板或铳锡钢板组成。
蒸汽、海水、淡水、空气、烟气、惰性气体、油、各种溶剂、稀氢化酸。 PN：6.4MPa t：-200---+600
2、高分子涂层复合垫
无毒，饮用水、食品、药品 PN：0.6MPa t：>200 3、芳纶橡胶垫片
适用多介质，经济性好。
燃油、滑油、蒸汽、海水、淡水、空气 PN：4.0MPa t：-100---+450
4、丁腈橡胶垫片
阻燃、耐油、酸、碱
海水、淡水、污水、消防、燃油、滑油、压缩空气 PN：3.0MPa t： -30---+110 5、硅橡胶垫片（白色） 无毒、耐高温
供水、饮水、制冷
PN：1.6MPa t：-30---+150
6、氟橡胶垫片（红色）
阻燃、耐油、酸、碱，耐高温
高温燃油、滑油、动物油、植物油 PN：3.0MPa t： -30---+250 衬垫片
石棉橡胶衬垫： 用于受热管路与支架间
耐油石棉橡胶衬垫：
用于油管路及机舱花铁板以下的各系统的管路与支架间。
铅板衬垫：
用于直接与海水接触或穿越油舱的管子与支架间。
无毒橡胶衬垫：
用于穿越食用淡水舱的管子与支架间。 支 架 目的：
防止由于管路温度的变化，船体的变形，机械设备的振动而引起的管路损坏及管路连接部位的密封性被破坏。
按其结构分：
刚性支架、弹簧支架及导向支架等。
按安装方式分：
支撑型、悬臂梁型和吊挂型。 Ａ型管子支架 Ｂ型管子支架 Ｃ型管子支架 Ｄ型管子支架 Ｅ型管子支架 Ｆ型管子支架
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