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1、9286 第二节 原油预处理 一. 原油预处理原理、方法及主要设备 原油的预处理是指对原油进行脱盐脱水的过程。 自地下采出的石油一般都含有水份, 这 些水中都溶解有 NaCl、CaCl2、MgCl2 等盐类。一般在油田上都先采取沉降法除去部分水和固 体杂质(泥沙、固体盐类等) ,外输原油含水量控制小于 0.5% ,含盐小于 50mg/L 。我国主 要原油进厂时含盐含水量见 表 2 5。 由于原油在油田的脱盐、 脱水效果很不稳定, 含盐量及含水量仍不能满足石油加工过程 对原油含水和盐的要求。必须在原油加工之前进一步脱盐脱水。 1. 原油含盐、含水的危害及脱水要求 1)原油含盐、含水的危害 增加能

2、量消耗 原油在加工中要经历汽化、 冷凝的相变化, 水的汽化潜热 (2255kJkg)较烃类 (300kJ kg 左右)大的多,若水与原油一起发生相变时,必然要消耗大量的燃料和冷却水,增加 加工过程能耗。如原油含水增加1%,由于水气化吸热,可使原油换热温度下降10,相当 于加热炉负荷增加 5%左右。而且原油在通过换热器、加热炉时,因所含水分随温度升高而 蒸发, 溶解于水中的盐类将析出而在管壁上形成盐垢, 不仅降低了传热效率, 也会减小管内 流通面积而增大流动阻力, 水汽化之后体积明显增大也造成系统压力上升, 这些都会使原油 泵出口压力增大,动力消耗增大。 影响蒸馏塔的平稳操作 水的相对分子质量(

3、 18)比油(平均相对分子质量为 100 1000)小得多,水汽化后使 塔内气相负荷增大, 含水量的波动必然会打乱塔内的正常操作, 轻则影响产品分高质量, 重 则因水的“爆沸”而造成冲塔事故。 腐蚀设备 氯化物,尤其是氯化钙和氯化镁,在加热并有水存在时,可发生水解反应放出HCl,后 者在有液相水存在时即成盐酸,造成蒸馏塔项部低温部位的腐蚀。 CaC122H2OCa( OH)22HCl MgC122H2OMg( OH)22HCl 当加工含硫原油时,虽然生成的 FeS 能附着在金属表面上起保护作用,可是,当有HCl 存在时, FeS 对金属的保护作用不但被破坏,而且还加剧了腐蚀。 Fe 十 H2S

4、 FeS十 H2 FeS 2HCl FeC12H2S 影响二次加工原料的质量 原油中所含的盐类在蒸馏之后会集中于减压渣油中, 对渣油进一步深度加工, 无论是催 化裂化还是加氢脱硫都要控制原料中钠离子的含量, 否则将使催化剂中毒。 含盐量高的渣油 作为延迟焦化的原料时, 加热炉管内因盐垢而结焦, 产物石油焦也会因灰分含量高而降低等 级。 2)脱水要求 为了减少原油含盐、 含水对加工的危害, 目前对设有重油催化裂化装置的炼油厂提出了 深度电脱盐的要求: 脱后原油含盐量要小于 3mgL,含水量小于 0.2 ;对不设重油催化裂 化的炼油厂,仅为满足设备不被腐蚀时可以放宽要求,脱后原油含盐量应小于 5m

5、g/L ,含水 量小于 0.3 。 2. 原油脱盐、脱水原理及方法 原油脱盐脱水是根据原油中水和盐的存在形式选择相应的方法。 1)水的存在形态 游离水 由于水在原油及油品种溶解度很小, 相对密度又较原油大。 因此, 绝大部分水以游离分 层的形态存在于原油底层。 这部分水采用静置沉降或机械沉降方法就能容易除去, 油田中大 部分水采用此方法。 溶解水 尽管水在油中溶解度很小,但还是有一定溶解度。因此,有少量水溶解于油中,由于这 部分水量很小,且又难除去。工业上一般不考虑除去溶解水。 乳化水 由于原油中含有一些天然乳化剂, 使一部分水以乳化形态存在于油中, 由于乳化水颗粒 较小、表面强度又大,使乳化

6、水不易聚集和沉降,分散于原油层中。这部分水采用加破乳化 剂及加载高压电场的方法可除去。 2)盐的存在形态 原油中盐一般有两种存在形态, 及大部分盐溶解于水中; 少量未溶解的盐以颗粒形态存 在于油中, 颗粒盐采用加水使其溶解于水中。 这样这样只要除去水, 溶解于水中盐也一并除 去。 3)脱盐脱水方法 在脱盐、脱水之前向原油中注入一定量不含盐的清水,充分混合,使颗粒盐溶于水中, 然后在破乳剂和高压电场的作用下, 使微小水滴聚集成较大水滴, 借重力从油中分离, 达到 脱盐、脱水的目的,这通常称为电化学脱盐、脱水过程。 3. 原油电脱盐工艺流程 原油的二级脱盐、脱水工艺原理流程示意图如 图 2.2.1

7、 所示。 图 2.2.1 原油二级脱盐脱水工艺原理流程图 一级脱盐罐脱盐率在 90 95之间,在进入二级脱盐罐之前,仍需注入淡水,一级 注水是为了溶解悬浮的盐粒; 二级注水是为了增大原油中的水量, 以增大水滴的偶极聚结力。 原油进装置后,注入 540 mg/kg (占原油比例)浓度为 1%的破乳剂,由原油泵抽出, 分成三路换热,换热温度达 120 145,然后注入 10%(占原油比例)软化水(净化水) 最后经混合阀使原油、水、破乳剂、杂质充分进行混合,进入电脱盐罐,电脱盐罐压力控制 在 0.8 1.2MPa 左右,电脱盐罐内设有金属电极板,在电极板之间形成高压电场,在破乳剂 和高压电场作用下,

8、 发生 破乳和水滴极化,小水滴聚成大水滴,具有一定的质量后,由于油 水密度差, 水穿过油层落于罐底, 由于水是导电的, 这样的下层接电极板与水层之间又形成 一弱电场, 促使油水进一步分离, 从而达到脱除水和溶解于水中盐的目的, 罐底的水通过自 动控制连续地自动排出,脱盐后油从罐顶集合管流出,进入脱盐后原油换热部分。 4. 影响脱盐、脱水的因素 针对不同原油的性质、含盐量多少和盐的种类,合理地选用不同的电脱盐工艺参数。 1)温度 温度升高可降低原油的粘度和密度以及乳化液的稳定性, 水的沉降速度增加。 若温度过 高( 140), 油与水的密度差反而减小,同样不利于脱水。同时,原油的导电率随温度 的

9、升高而增大, 所以温度太高不但不会提高脱水、 脱盐的效果, 反而会因脱盐罐电流过大而 跳闸,影响正常送电。因此,原油脱盐温度一般选在105 140。 2)压力 脱盐罐需在一定压力下进行, 以避免原油中的轻组分汽化, 引起油层搅动, 影响水的沉 降分离。操作压力视原油中轻馏分含量和加热温度而定,一般为0.8 2MPa。 3)注水量及注水的水质 在脱盐过程中, 注入一定量的水与原油混合, 将增加水滴的密度使之更易聚结, 同时注 水还可以破坏原油乳化液的稳定性, 对脱盐有利。 同时,二级注水量对脱后含盐量影响极大, 这是因为一级电脱盐罐主要脱除悬浮于原油中及大部分存在于油包水型乳化液中的原油盐, 二

10、级电脱盐罐主要脱除存在于乳化液中的原油盐。注水量一般为5 7。 4)破乳剂和脱金属剂 破乳剂是影响脱盐率的最关键的因素之一。 近年来随着新油井开发, 原油中杂质变化很 大, 而石油炼制工业对馏分油质量的要求也越来越高。针对这一情况, 许多新型广谱多功能 破乳剂问世,一般都是二元以上组分构成的复合型破乳剂。破乳剂的用量一般是10 30 g/g 。 为了将原油电脱盐功能扩大, 近年来开发了一种新型脱金属剂, 它进入原油后能与某些 金属离子发生螯合作用, 使其从油相转入水相再加以脱除。 这种脱金属剂对原油中的 Ca 2+、 Mg2+及 Fe2+的脱除率可分别达到 85.9 、 87.5 和 74.l

11、 ,脱后原油含钙可达到 3 g/g 以下, 能满足重油加氢裂化对原料油含钙量的要求。 由于减少了原油中的导电离子, 降低了 原油的电导率,也使脱盐的耗电量有所降低。 5)电场梯度 原油乳化通过高压电场时,在分散相水滴上形成感应电荷,由于感应电荷按极性排列, 因而水滴在电场中形成定向键, 当两个靠近的水滴, 电荷相等, 极性相反, 产生偶极聚结力, 积聚成较大水滴。偶极聚结力可用下式计算: f 6KE2r 2(r)4 式中 f 偶极聚结力, N; K 原油介电常数 ,F m; E电场梯度 ,V cm; r 微滴半径 ,cm ; l 一两微滴问中心距, cm。 从上式可以看出,对偶极聚结力,影响最

12、大的是 rl。即 r 越大, l 越小。亦即分散相 含量越大, f 越大。其次是电场梯度 E, E越大, f 越大。但提高 E 有一定限度。当 E 大于 或等于电场临界分散梯度时,水滴受电分散作用,使已聚集的较大水滴又开始分散,脱水、 脱盐效果下降。我国现在各炼油厂采用的实际强电场梯度为500l000V cm,弱电场梯度 为 150 300V cm。 5. 主要设备 1)电脱盐罐 工业用电脱盐罐及结构见图 2.2.2 。 图 2.2.2 电脱盐罐结构图 1- 电极板; 2-出油口; 3- 变压器; 4-油水界面控制器; 5-罐体; 6-排水口; 7- 原油进口; 8-分配器 电脱盐罐主要由罐体

13、、电极板、油进出口、油水界面控制器、排水口、分配器等构成。 脱盐罐的大小尺寸是根据原油在强电场中合适的上升速度确定的。 也就是说首先要考虑 罐的轴向截面积及油和水的停留时间。我国炼油厂的电脱盐罐,其直径大多为3200 mm,也 有直径为 3600 mm的。一般认为轴向截面相同的两个罐在所用材料相近的条件下,直径大的 优于直径小的。因为大直径罐界面上油层和界面下水层的容积均大于小直径罐的相应容积。 容积大意味着停留时间长,有利于水滴的聚集和沉降分离。另外,采用较大直径的脱盐罐, 对干扰的敏感性小,操作较稳定,对脱盐脱水均有利。 原油分配器 原油从罐底进入后要求通过分配器均匀地垂直向上流动。 常用

14、有两种型式的分配器, 一 是由带小孔的分配管组成孙孔直径不等, 距入口处越远, 孔径越大, 使流经各小孔的流量尽 量相等。 但这种分配器在原油处理量变化较大时, 喷出原油不均匀, 并有孔小易堵塞的缺点。 另一种型式是低速倒槽型分配器 (图 2.2.2) 。倒槽型分配器器位于油水界面以下,槽的侧面 开两排小孔,乳化原油沿槽长每隔23 m处进入槽内。当原油进入倒槽后,槽内水面下降, 出现油水界面,此界面与罐的油水界面有一位差,原油进入槽内后,借助水位差压,促使原 油以低速均匀地从小孔进入罐内。 倒槽的另一好处是底部敞开, 大滴水和部分杂质可直接下 沉,不会堵塞。 电极板 脱盐罐内的电极板一般为两层

15、或三层。如为两层,则下极板通电。上极板接地,如为三 层,则中极板通电,上下极板接地。现在各炼油厂采用两层的较多。电极板可由圆钢( 或钢 管) 和扁钢组合而成。每层极板一般分为三段以便于与三相电源连接。每段电极板又由许多 预制单块极板组成。 上层接地电极用圆钢悬吊在罐内上方支耳或横梁上, 下层通电电极则用 聚四氟乙烯棒挂在上层电极板下面。上下层极板之间为强电场,间距一般为200 300mm, 可根据处理的原油导电性质预先作好调整。下层极板与油水界面之间为弱电场,间距约为 600700mm,视罐的直径不同而异。 界面控制器 脱盐罐内保持油水界面的相对稳定是电脱盐操作好坏的关键因素之一。油水界面稳定

16、, 能保持电场强度稳定。 其次是, 界面稳定能保证脱盐水在罐内所需的停留时间, 保证排放水 含油达到规定要求。 油水界面一般采用防爆内浮筒界面控制器控制。 是利用油与水的密度差 和界面的变化, 通过界面变送器, 产生直流电输出信号, 再经电气转换器, 产生气动信号, 经调节器输出至放水调节阀进行油界面的控制。 沉渣冲洗系统 原油进脱盐罐所带入的少量泥砂等杂质,部分沉积于罐底,运行周期越长,沉积越厚, 占去了罐的有效空间, 相应地减少了水层的容积, 缩短了水在罐内的停留时间, 影响出水水 质, 为此需定期冲洗沉渣。 沉渣冲洗系统主要为一根带若干喷嘴的管子。沿罐长安装在罐内 水层下部,冲洗时,用泵

17、将水打入管内,通过喷嘴的高速水流,将沉渣吹向各排泥口排出。 2)防爆高阻抗变压器 变压器是电脱盐设施中最关键的设备。 根据电脱盐的特点, 应采取限流式供电, 即采用 电抗器接线或可控硅交流自动调压设备。变压器有单相、三相两种。单相变压器的优点有: 对装置规模的适应性强; 一组极板短路,不影响另两组操作; 罐内外接线简单。 缺点是价格稍贵。 3)混合设施 原油、 水、破乳剂在进脱盐罐前需借混合设施充分混合, 使水和破乳剂在原油中尽量分 散。分散得细,脱盐率高。但有一限度,如分散过细,形成稳定乳化液,脱盐率反而下降, 故混合强度要适度。 新建电脱盐设施多采用可调差压的混合阀, 利用它可根据脱盐脱水

18、情况 来调节混合强度。 有的厂混合设施采用静态混合器。 静态混合器混合强度虽好, 但不能调节。 故如用在电脱盐中最好与可调差压混合阀串联使用。 二. 原油预处理过程操作及控制 本节以某常减压装置原油预处理电脱盐装置为例阐述其过程操作及控制。 1. 电脱盐罐进料温度控制 电脱盐罐进料温度的控制参见 图 2.2.3 。 原油温度高低对于脱盐效率高低影响较大, 为此应避免原油温度突然大幅度波动, 变化 温度不应超过 3 /15 分钟,最佳温度为 130 5。温度过低,脱盐率下降,温度过高,会 因原油汽化或导电率增大而引起操作不正常, 因原油导电性随温度升高而增大, 这样电流的 增加就会使电极板上的电

19、压降低, 会影响脱盐效果。 渣油量及渣油温度变化, 各侧线量及侧 线温度变化,原油含水,都将影响进料温度和换热终温。 控制范围: 120 145 去初馏塔 常一线 1 减二线 2 常三线 3减四线 4 常二线 7常三线 3 减顶 2 减一线 2 常四减五 2 三级电脱盐罐脱水 常一线 2 减顶 3 常顶偱 注破乳剂 二级电脱盐罐脱水 注破乳剂 常二中 2 减二线 1 常二线 3 常三线 2 常四减五 1 常一中 1 减二中 2 渣油 3 减四线 2 常二线 4 减一中 1 减一中 2 常二线 5 减一中 2 减三线 2 FIC FIC FIC 图 2.2.3 原油换热及电脱盐控制流程 控制目标

20、: 5 相关参数:原油进装置温度;换热后温度;与原油换热相应的侧线流量和温度。 控制方式 : 人工手动调节或 DCS自动调节控制。 正常控制及异常现象处理分别见表 2.2.1 和表 2.2.2 。 表 2.2.1 电脱盐罐进料温度正常控制 影 响 因 素 调整方法 脱前原油换热器副线流 一般情况下副线全部关闭,温度过高时,稍开副线 量 联系储运厂(部门) ,调整原油伴热温度,原油换罐后,及时调整操 原油进装置温度、性质变 作,控制原油进罐温度 化造成原油进罐温度变化 原油提降量速度和热源流量变化要缓慢,避免炉温快速变化,避免操 原油加工量、操作条件等 作大幅波动,控制稳原油进罐温度变化速度,温

21、度上升或降温不超过3 变化使脱前原油温度变化 /15 分钟 与原油换热的热源温度、 用副线调整进入脱前所对应侧线的流量。 温度高时可减少热料进入换 流量变化 热器,温度低时可增加热料进入换热器 表 2.2.2 电脱盐罐进料温度异常处理方法 现象 原因 处理方法 原油进装置温度过低;提供热源的 控制原油来料温度在 35 60;关小或 电脱盐罐进料 脱前换热器副线开的过大; 原油性质过 关闭提供热源的脱前换热器副线; 联系相关 温度低于 120 重 单位原油换罐 电脱盐罐进料 原油进装置温度过高;提供热源的 控制原油来料温度在 35 60;适当开 温度高于 145 脱前换热器副线开的过小; 原油性

22、质过 提供热源的脱前换热器副线; 联系相关单位 原油进电脱盐 轻 原油换罐 罐温度突然上升或 原油进装置温度突升或突降;与脱 联系相关单位进行处理,操作上通过调 下降 前原油换热的侧线或渣油流体输送泵 整与原油换热的各热源流量、 降低加工量等 故障 方法,避免操作大幅波动;及时切换备用泵 2. 电脱盐罐内压力 电脱盐罐内压力控制参见图 2.2.3 。 罐内控制一定压力是为了控制原油的蒸发, 如果产生蒸汽将导致操作不正常, 重则引起 泄漏、爆炸,为此,罐内压力必须维持到高于操作温度下原油和水的饱和蒸汽压,电脱盐罐 安全阀定压 2.0MPa(表)。 控制范围: 0.8 1.20 MPa 控制目标:

23、 1.0 0.15 MPa 相关参数:原油泵出口压力、脱后原油调节阀开度。 控制方式:人工手动调节或 DCS自动调节控制。 正常控制及异常现象处理分别见表 2.2.3 和表 2.2.4 。 表 2.2.3 电脱盐罐内压力正常控制 调整方法 原油泵出口压力 调整原油泵出口阀门开度,使电脱盐罐压力在 0.8 1.20 MPa范围内 脱后原油调节阀开度 调整脱后原油调节阀的开度使电脱盐罐压力在 0.8 1.20 MPa范围内 原油提降量速度过大 控制原油提降量速度 表 2.2.4 电脱盐罐内压力异常处理方法 现象 原因 处理方法 电脱 盐罐内压 原油泵出口压力低;脱后原油调节 调整原油泵出口阀门开度

24、;调整脱后原 力低于 0.8 MPa 阀的开度大 油调节阀的开度 电脱 盐罐内压 脱后三路原油调节阀的开度小;初 调整脱后三路原油调节阀开度; 脱前三 力高于 1.20 MPa 馏塔底液位失灵, 脱前三路阀瞬间开大 路阀打手动,联系仪表工调节初馏塔液位 3. 混合器压降 混合器压降的控制参见图 2.2.3 。 当油、水、破乳剂通过混合阀时,混合压降适中可使三者充分地混合,而不形成过乳化 液、压降过低,达不到破乳剂和水在原油中充分扩散的目的,压降过高则产生过乳化,使脱 盐率大大下降。电脱盐罐混合压降通过动态混合调节阀压降(PDIC)进行调节控制。 控制范围: 25 150 kPa 控制目标: 1

25、0kPa 相关参数:原油泵出口压力 , 电脱盐罐压力指示 , 脱前、脱后原油流量调节阀的开度。 控制方式: DCS自动调节控制。 正常控制及异常现象处理分别见表 表 2.2.5 2.2.5 和表 2.2.6 。 电脱盐罐混合器压降正常控制 影 响 因 素 调整方法 原油泵出口压力 脱前、脱后原油调节阀开度 混合阀 PDIC 压降输出风压 混合差压阀开度 调整原油泵出口压力 调节脱前、脱后原油调节阀开度 调整 PDIC输出风压 调节混合调节阀给定值,改变混合阀压差大小 表 2.2.6 电脱盐罐混合器压降异常处理方法 现象 原因 处理方法 混合阀 PDIC压降 混合阀 PDIC 压降输出风压小;

26、调整混合阀 PDIC 压降输出风压;调整 低于 25kPa 原油泵出口压力高 原油泵出口开度,提高原油流速 混合阀 PDIC压降 混合阀 PDIC 压降输出风压大; 调整混合阀 PDIC 压降输出风压;调整 高于 150kPa 原油泵出口压力低 原油泵出口开度,减小原油流速 4. 电脱盐罐注水量 电脱盐罐注水量控制参见图 2.2.3 。 电脱盐注水量控制在 10%(占原油比例) ,注水目的是为了增加水滴间碰撞机会, 有利 于水滴聚结和洗涤原油中盐,但注水量不能太高,由于水溶液是导电的,容易形成导电桥, 造成事故,注水过小,达不到洗涤和增加水聚结力作用。 控制范围: 10%(占原油重量分率) 控

27、制目标: 4%7%(占原油重量分率) 相关参数:注水流量( FIC) 控制方式:人工手动调节或 DCS自动调节控制。 正常控制及异常现象处理分别见表 2.2.7 和表 2.2.8 。 表 2.2.7 电脱盐罐注水量正常控制 影 响 因 素 调整方法 注水控制阀的给定值 调节注水控制阀的给定值 注水泵出口阀门 调节注水泵出口阀门 原油加工量增大,注水量占原油质量分数比下降 注水量适当调大 原油加工量降低,注水量占原油质量分数比上升 注水量适当降低 表 2.2.8 电脱盐罐注水量异常处理方法 现象 原因 处理方法 电脱盐罐 注水量低于 4% 电脱盐罐 注水量高于 7% 电脱盐注 水中断 注水量小达

28、不到 4%;机 泵出现故障;系统出现泄漏 注水控制阀失控; 注水控 制阀副线开 注水泵抽空; 注水泵有故 障;装置两酸水供应不足; 装置两酸水中断。 开补新鲜水阀门,联系两酸装置提高来水量;切换机 泵备用机泵;对泄漏部位处进行处理使注水量达到47% 将控制阀改手阀控制;关闭控制阀副线使其注水量达 到 4 7% 及时处理上量;切换备用泵;相应调整操作,可以考 虑补充新鲜水作脱盐注水; 立即关注水一次阀, 停注水泵, 减少罐底切水,查明原因,再行处理 5. 电脱盐罐的界位控制 电脱盐罐注水量控制参见图 2.2.3 。 电脱盐罐的油水界位过高不但减少原油在弱电场中的停留时间, 对脱盐不利, 而且水位

29、 过高而导致短路跳闸。液位过低,将造成脱水带油。 控制范围: 40 80% 控制目标: 5% 相关参数:液位指示( LIC) , 注水量( FIC)。 控制方式:人工手动调节或 DCS自动调节控制。 正常控制及异常现象处理分别见表 2.2.9 和表 2.2.10 。 表 2.2.9 电脱盐罐界位正常控制 影响因素 调整方法 界位控制阀开度 界位控制阀开度 注水量变化 调节注水量及界位控制阀开度 脱前原油含水量变化 调节注水量及界位控制阀开度 表 2.2.10 电脱盐罐界位异常处理方法 现 象 原 因 处 理 方 法 现象 原因 处理方法 电脱盐罐 水的界位低于 40% 电脱盐罐 水的界位高于

30、80% 脱水带油 电脱盐罐注水量过低 ; 脱水控制阀开度大;界位脱 水控制失灵 电脱盐罐注水量过高; 脱水控制阀开度小;界位脱 水控制失灵;原油带水严重 乳化层太厚; 界位控制太 低;注入水量不够;原油进 罐温度太低;切水量变化太 大、太急 调节增大电脱盐罐注水量;关小脱水控制阀开度;现 场关小脱水控制阀上游阀,处理失灵的控制阀 调节减小电脱盐罐注水量; 适当开大脱水控制阀开度; 现场开启脱水控制阀副线, 控低界位,处理失灵的控制阀; 手动开大脱水阀, 紧急降低界位, 切换原油罐或罐区加强 脱水, 并降低初馏塔顶回流罐界位, 防止初馏塔顶回流罐 带水,严重时降量生产 调整操作,增加破乳剂注入量,或进行反冲洗减薄乳 化层;适当提高油水界位;适当增加注水量;适当增大与 原油换热的热源流量;检查和调节、控制界位平稳 6. 破乳剂注入量 破乳剂选择合适,注入量相当,可提高脱盐效率,但注入量大剂耗高,注水量少,脱盐 效率降低,选用破乳剂注入量 5 40mg/kg(占原油质量分数)破乳剂注入浓度为1%。 控制范围:注入量 540 mg/kg ,破乳剂注入浓度为 1%。 控制目标: 35mg/kg 相关参数:破乳剂性能 控制

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