FR3130013A1 - Procédé d'entretien d'un générateur de vapeur impliquant un modèle - Google Patents
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Abstract
Un procédé d'entretien d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire (10) et un circuit secondaire (20), le procédé comprenant, au cours d'une durée de simulation comprenant une pluralité d'instants de simulation, une simulation du fonctionnement du générateur de vapeur (22) utilisant un modèle établissant des champs de caractéristiques fluides, dans lequel, suite à une constatation d'une valeur constatée d'un paramètre du générateur de vapeur (22), une variable interne est ajustée de sorte à faire correspondre une valeur de simulation dudit paramètre avec la valeur constatée, qui peut être un taux de colmatage de passages de tube, une perte de charge de l'écoulement du fluide secondaire au niveau dudit passage étant ajustée, et/ou peut être une pression de vapeur, une résistance d'encrassement étant alors ajustée, et un nettoyage du générateur de vapeur est planifié sur la base du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement.
Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
L'invention appartient au domaine de la maintenance d'un générateur de vapeur, et plus précisément traite d'un d'entretien d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire et un circuit secondaire, par exemple dans une centrale nucléaire.
Arrière-plan technologique
Un générateur de vapeur est généralement composé d’un faisceau de tubes dans lesquels circule le fluide chaud, et autour desquels circule le fluide à chauffer. Par exemple, dans le cas d’un générateur de vapeur d’une centrale nucléaire de type Réacteur à Eau Pressurisée, REP, les générateurs de vapeur sont des échangeurs de chaleur qui utilisent l’énergie du circuit primaire issue de la réaction nucléaire pour transformer l’eau du circuit secondaire en vapeur qui alimentera la turbine et ainsi à produire de l’électricité.
En référence à la qui présente une vue en coupe très simplifiée de la structure d'une centrale nucléaire, le circuit primaire 10 fait circuler un fluide primaire caloporteur, typiquement de l'eau sous pression, au moyen d'une pompe 11. Le fluide primaire traverse une cuve de réacteur 12 pour entrer dans le cœur 13 du réacteur dans lequel se trouve les assemblages combustibles et où se produit la fission nucléaire, formant la source chaude du circuit primaire 10. Le fluide primaire est porté à haute température, au voisinage de 330°C. En sortie de la cuve 12, un pressuriseur 14 permet d’établir une pression d’environ 155 bars, afin que le fluide primaire reste à l’état liquide. Le fluide primaire pénètre ensuite dans un générateur de vapeur 22 opérant un échange thermique entre le fluide primaire et un fluide secondaire d'un circuit secondaire 20, typiquement de l'eau. Le fluide primaire est ensuite renvoyé par la pompe 11 vers la cuve de réacteur 12.
Le générateur de vapeur 22 amène le fluide secondaire d’un état d’eau liquide à l’état de vapeur juste en limite de saturation, en utilisant la chaleur du fluide primaire. Celle-ci circule dans des tubes autour desquels circule l’eau secondaire. La sortie du générateur de vapeur 22 est le point le plus haut en température et pression du circuit secondaire 20. Le circuit secondaire 20 récupère la vapeur produite par le générateur de vapeur 22 pour actionner un ensemble de turbines 24, afin de produire de l’électricité via un alternateur 26. Le fluide secondaire retourne à l'état liquide au travers d’un condenseur 28 qui échange ses calories avec une source froide SF, avant de retourner, via une pompe 29, vers le générateur de vapeur 22.
Une centrale nucléaire peut comporter plusieurs générateurs de vapeur en fonction des calories à évacuer, chaque générateur de vapeur étant connecté à la cuve du réacteur et au turbines selon la représentation simplifiée de la . Par exemple et non limitativement, une centrale nucléaire du type REP 900 MW comprend en général trois générateurs de vapeur, une centrale nucléaire de type EPR 1650 MW comprendra quatre générateurs de vapeur.
La surface d’échange, séparant physiquement le circuit primaire et le circuit secondaire, est ainsi constituée d’un faisceau tubulaire, composé de 3000 à 15000 tubes, selon le modèle, dans lesquels circule l’eau primaire portée à haute température (330 °C) et haute pression (155 bars). Ces tubes du générateur de vapeur sont maintenus par des plaques entretoises disposées généralement perpendiculairement aux tubes qui les traversent.
Afin de laisser passer le fluide qui se vaporise, les passages de ces plaques entretoises sont foliés, c’est-à-dire que leur forme présente des lobes autour des tubes. Comme le fluide secondaire passe de l’état liquide à l’état vapeur, il dépose sur les plaques entretoises, à chaque passage, une certaine quantité de matières qu’il transporte, formant des dépôts s’accumulant et se fixant au fil du temps, finissant par colmater les passages foliés. Les dépôts se font souvent sous la forme d’un oxyde de fer appelé magnétite issu de la corrosion des éléments de tuyauterie, ou bien d’autres oxydes de fer ou encore d'un oxyde d'un autre métal.
La illustre schématiquement un passage folié dans une plaque entretoise 30, dans lequel passe un tube 31. Les passages 32 sous forme de lobe permettent à l’eau de traverser la plaque entretoise 30 le long du tube 31, permettant ainsi la circulation de l’eau dans le générateur de vapeur. Le nombre de lobes 32 peut varier : il existe par exemple des plaques entretoises de générateurs de vapeur comprenant des passages foliés à trois lobes 32 au lieu de quatre, tout autant susceptibles de se colmater. Un dépôt 33 est visible au niveau d'un lobe du passage 32, colmatant ledit lobe. Ce dépôt peut être situé du côté du tube 31 et/ou du côté de la plaque entretoise 30. Le colmatage conduit à des modifications de l’écoulement du fluide secondaire dans le générateur de vapeur 22, et ainsi à favoriser l’apparition de vibrations excessives des tubes 31, ainsi qu’induire des efforts mécaniques importants sur les structures internes des générateurs de vapeur 22 ou encore modifier la stabilité du générateur de vapeur pendant les transitoires de puissance. Cette dégradation a donc des effets à la fois sur la sûreté et sur les performances des installations, d’où la nécessité d’une maintenance régulière, typiquement lors des arrêts périodiques de la tranche nucléaire concernée.
Si les dépôts de matière se font dans les lobes des passages 32, ils diminuent le passage libre : c’est le colmatage, qui est donc l’obturation progressive, par des dépôts, des trous destinés au passage du mélange liquide/vapeur. Si les dépôts de matière se font le long des tubes, il s'agit d’encrassement qui limite le transfert thermique entre le circuit primaire et le circuit secondaire, entrainant une diminution de la pression de fonctionnement du générateur de vapeur 22 pour une même puissance thermique et donc une baisse du rendement global de la centrale et de la production électrique.
Dans le but de réduire, voire de supprimer, ces dépôts, il est possible de nettoyer les tubes et les plaques entretoises par des procédés chimiques. Ces procédés sont mis en œuvre pendant les arrêts périodiques de la centrale nucléaire et consistent à injecter des réactifs chimiques dans le circuit secondaire des générateurs de vapeur afin de déstructurer et dissoudre ces dépôts de magnétite.
Ces procédés sont lourds, la capacité industrielle du marché est limitée, et la préparation se fait avec des années d’avance. De plus, un générateur de vapeur 22 ne peut subir qu’un nombre limité de nettoyage afin d’éviter tout dommage induit par les produits chimiques employés. Les deux situations suivantes doivent donc être évitées :
1) réaliser un nettoyage d’un générateur de vapeur 22 qui n’en a pas encore besoin ;
2) découvrir pendant un arrêt périodique qu’un générateur de vapeur 22 présente trop de dépôt, et ne pas avoir l’autorisation à redémarrer avant de réaliser un nettoyage en urgence.
1) réaliser un nettoyage d’un générateur de vapeur 22 qui n’en a pas encore besoin ;
2) découvrir pendant un arrêt périodique qu’un générateur de vapeur 22 présente trop de dépôt, et ne pas avoir l’autorisation à redémarrer avant de réaliser un nettoyage en urgence.
Le deuxième cas implique notamment un arrêt qui se prolonge de plusieurs mois, afin de préparer l’opération de nettoyage.
Afin de lutter contre le colmatage et l’encrassement et ainsi ramener le générateur de vapeur 22 dans un état compatible avec un fonctionnement en toute sûreté et rentable, il est alors nécessaire de disposer d’un outil qui soit capable de réaliser des estimations et des prévisions de l’évolution dans le temps du colmatage et de l’encrassement pour un générateur de vapeur 22 en particulier afin de limiter les aléas et d’optimiser le calendrier des nettoyages : on veut éviter de nettoyer trop tôt des générateurs de vapeur mais pas trop tard afin de rester en dessous des limites techniques prescrites.
Classiquement, le taux de colmatage ou l'encrassement est estimé en extrapolant des mesures faites lors d'inspection. Actuellement, le seul système d’examen non destructif qui soit capable d’accéder à la totalité des intersections tubes/plaques entretoises des générateurs de vapeur 22 est la sonde axiale à courant de Foucault. Les courants de Foucault apparaissent dans un matériau conducteur lorsque l'on fait varier le flux magnétique à proximité. On fait ainsi circuler dans un tube dudit échangeur une sonde à courant de Foucault multifréquence et on mesure avec celle-ci un signal de mesure fonction de l’environnement dans lequel la sonde se trouve, duquel on peut extraire des informations quant à des anomalies dans l’échangeur thermique. Une variation de l’induction magnétique, typiquement par une bobine dans laquelle circule un courant alternatif, engendre des courants de Foucault, dont la variation induite du champ magnétique est détectée. Typiquement, on mesure la différence de tension engendrée par la variation d'impédance de la bobine.
Toutefois, de telles inspections sont ponctuelles, et l'évolution du taux de colmatage repose alors sur des hypothèses telles qu'une progression linéaire de celui-ci au cours du temps, qui ne peuvent constituer qu'une approximation grossière de la réalité. Il en résulte que le taux de colmatage ou l'encrassement n'est pas connu avec précision, et ne peut être prédit, alors même que les enjeux en termes de sûreté ou de production électrique sont importants.
Il est par ailleurs bien connu la pratique des Examens Télévisuels qui permettent l’observation directe de la présence de dépôt 33 à l’intérieur des passages 32 des plaques entretoises 30. Toutefois, ces examens sont d’une part trop espacés dans le temp, et d’autre part ils ne permettent d’examiner qu’une petite portion de la plaque entretoise 30 et seules quelques plaques entretoises d’un même générateur de vapeur 22 sont accessibles.
Présentation de l'invention
L'invention vise donc à permettre la maintenance d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire et un circuit secondaire, en mettant en place un jumeau numérique dudit générateur de vapeur, qui en exploitant de manière appropriée certaines données, permet de reproduire au mieux l'évolution du colmatage et de l'encrassement dans le générateur de vapeur, et donc de planifier au mieux la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur.
Il est proposé un procédé d'entretien d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire et un circuit secondaire, le générateur de vapeur comprenant une pluralité de tubes traversant un milieu interne, un fluide primaire du circuit primaire circulant dans lesdits tubes tandis qu'un fluide secondaire du circuit secondaire circule dans le milieu interne, le générateur de vapeur comprenant en outre une pluralité de plaques traversées par lesdits tubes et dans lesquelles sont ménagés des passages le long des tubes permettant la circulation du fluide secondaire, le procédé comprenant, au cours d'une durée de simulation comprenant une pluralité d'instants de simulation, une simulation du fonctionnement du générateur de vapeur utilisant un modèle dudit générateur de vapeur comprenant des paramètres géométriques du générateur de vapeur et prenant en compte des données d'exploitation imposées, le modèle établissant des champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire à chaque instant de simulation, à partir des paramètres géométriques, des données d'exploitation imposées, et de variables internes, et dans le procédé, suite à une constatation d'une valeur constatée d'un paramètre du générateur de vapeur sur ledit générateur de vapeur à un instant de simulation faisant suite à des instants de simulation précédents, une variable interne est ajustée de sorte à faire correspondre une valeur de simulation dudit paramètre audit instant de simulation avec la valeur constatée du paramètre, la simulation étant poursuivie au cours des instants de simulation suivants à partir de cette variable interne ajustée, et la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages constaté lors d'une inspection dudit générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors une perte de charge de l'écoulement du fluide secondaire au niveau dudit passage, et/ou la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une pression de vapeur mesurée dans le milieu interne, la variable interne ajustée étant alors une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique, et à l'issue de la durée de simulation, la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur est planifiée sur la base du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement.
Ce procédé est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une température liée à la pression dans le milieu interne, ladite température étant mesurée à la place de la pression, la variable interne ajustée étant encore une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique ;
- le générateur de vapeur fonctionne pendant un intervalle de temps entre un premier instant de simulation et un deuxième instant de simulation, et des données d'exploitations imposées au modèle lors de ce deuxième instant de simulation sont issues du fonctionnement du générateur de vapeur lors de cet intervalle de temps ;
- les données d'exploitation imposées comprennent au moins l'un parmi une puissance thermique correspondant à la puissance échangée entre le circuit primaire et le circuit secondaire, une différence de température dans le circuit primaire entre l'entrée du générateur de vapeur et la sortie du générateur de vapeur, et un débit de vapeur dans le circuit secondaire en sortie du générateur de vapeur ;
- à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages ou une résistance d'encrassement suite à un nettoyage du générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors ledit taux de colmatage ou ladite résistance d'encrassement, respectivement ;
- à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur décrit un bouchage d'un tube, et un modificateur reflétant ledit bouchage est appliqué aux paramètres géométriques du modèle du générateur de vapeur ;
- la simulation, à chaque instant de simulation, met en œuvre :
a) une détermination de champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire,
b) une détermination de grandeurs chimiques du fluide secondaire à partir du champs thermo-hydrauliques,
c) une détermination d'une relation de transport et de dépôt de matière,
le taux de colmatage et/ou l'encrassement étant déterminé à partir de ladite relation de transport et de dépôt de matière ;
- à au moins un instant de simulation, le taux de colmatage est déterminé à partir de variables internes en utilisant une estimation d'un taux d'accumulation de dépôt faisant intervenir un terme de dépôt de particules et d’un terme de précipitation d’espèces solubles, auxquels est retranché un terme représentant un flux d’arrachement, et dans lequel à au moins un instant de simulation, l'encrassement est déterminé à partir de la somme de deux flux de matières : un flux induit par la précipitation pariétale des espèces solubles, et un flux induit par l’ébullition pariétale ;
- le procédé comprend la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur suite à la détermination du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement ;
- le nettoyage est un nettoyage chimique du générateur de vapeur nécessitant l'arrêt du fonctionnement du générateur de vapeur.
- la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une température liée à la pression dans le milieu interne, ladite température étant mesurée à la place de la pression, la variable interne ajustée étant encore une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique ;
- le générateur de vapeur fonctionne pendant un intervalle de temps entre un premier instant de simulation et un deuxième instant de simulation, et des données d'exploitations imposées au modèle lors de ce deuxième instant de simulation sont issues du fonctionnement du générateur de vapeur lors de cet intervalle de temps ;
- les données d'exploitation imposées comprennent au moins l'un parmi une puissance thermique correspondant à la puissance échangée entre le circuit primaire et le circuit secondaire, une différence de température dans le circuit primaire entre l'entrée du générateur de vapeur et la sortie du générateur de vapeur, et un débit de vapeur dans le circuit secondaire en sortie du générateur de vapeur ;
- à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages ou une résistance d'encrassement suite à un nettoyage du générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors ledit taux de colmatage ou ladite résistance d'encrassement, respectivement ;
- à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur décrit un bouchage d'un tube, et un modificateur reflétant ledit bouchage est appliqué aux paramètres géométriques du modèle du générateur de vapeur ;
- la simulation, à chaque instant de simulation, met en œuvre :
a) une détermination de champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire,
b) une détermination de grandeurs chimiques du fluide secondaire à partir du champs thermo-hydrauliques,
c) une détermination d'une relation de transport et de dépôt de matière,
le taux de colmatage et/ou l'encrassement étant déterminé à partir de ladite relation de transport et de dépôt de matière ;
- à au moins un instant de simulation, le taux de colmatage est déterminé à partir de variables internes en utilisant une estimation d'un taux d'accumulation de dépôt faisant intervenir un terme de dépôt de particules et d’un terme de précipitation d’espèces solubles, auxquels est retranché un terme représentant un flux d’arrachement, et dans lequel à au moins un instant de simulation, l'encrassement est déterminé à partir de la somme de deux flux de matières : un flux induit par la précipitation pariétale des espèces solubles, et un flux induit par l’ébullition pariétale ;
- le procédé comprend la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur suite à la détermination du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement ;
- le nettoyage est un nettoyage chimique du générateur de vapeur nécessitant l'arrêt du fonctionnement du générateur de vapeur.
Présentation des figures
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Claims (10)
- Procédé d'entretien d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire (10) et un circuit secondaire (20), le générateur de vapeur (22) comprenant une pluralité de tubes (31) traversant un milieu interne, un fluide primaire du circuit primaire (10) circulant dans lesdits tubes (31) tandis qu'un fluide secondaire du circuit secondaire (20) circule dans le milieu interne, le générateur de vapeur (22) comprenant en outre une pluralité de plaques (30) traversées par lesdits tubes (31) et dans lesquelles sont ménagés des passages (32) le long des tubes permettant la circulation du fluide secondaire,
le procédé comprenant, au cours d'une durée de simulation comprenant une pluralité d'instants de simulation, une simulation du fonctionnement du générateur de vapeur (22) utilisant un modèle dudit générateur de vapeur comprenant des paramètres géométriques du générateur de vapeur et prenant en compte des données d'exploitation imposées, le modèle établissant des champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire à chaque instant de simulation, à partir des paramètres géométriques, des données d'exploitation imposées, et de variables internes,
caractérisé en ce que, suite à une constatation d'une valeur constatée d'un paramètre du générateur de vapeur (22) sur ledit générateur de vapeur (22) à un instant de simulation faisant suite à des instants de simulation précédents, une variable interne est ajustée de sorte à faire correspondre une valeur de simulation dudit paramètre audit instant de simulation avec la valeur constatée du paramètre, la simulation étant poursuivie au cours des instants de simulation suivants à partir de cette variable interne ajustée, et
en ce que la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages constaté lors d'une inspection dudit générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors une perte de charge de l'écoulement du fluide secondaire au niveau dudit passage, et/ou la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une pression de vapeur mesurée dans le milieu interne, la variable interne ajustée étant alors une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique,
et en ce qu'à l'issue de la durée de simulation, la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur est planifiée sur la base du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une température liée à la pression dans le milieu interne, ladite température étant mesurée à la place de la pression, la variable interne ajustée étant encore une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le générateur de vapeur (22) fonctionne pendant un intervalle de temps entre un premier instant de simulation et un deuxième instant de simulation, et des données d'exploitations imposées au modèle lors de ce deuxième instant de simulation sont issues du fonctionnement du générateur de vapeur (22) lors de cet intervalle de temps.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données d'exploitation imposées comprennent au moins l'un parmi une puissance thermique correspondant à la puissance échangée entre le circuit primaire (10) et le circuit secondaire (20), une différence de température dans le circuit primaire (10) entre l'entrée du générateur de vapeur (22) et la sortie du générateur de vapeur (22), et un débit de vapeur dans le circuit secondaire (22) en sortie du générateur de vapeur (22).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages ou une résistance d'encrassement suite à un nettoyage du générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors ledit taux de colmatage ou ladite résistance d'encrassement, respectivement.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur décrit un bouchage d'un tube, et un modificateur reflétant ledit bouchage est appliqué aux paramètres géométriques du modèle du générateur de vapeur.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la simulation, à chaque instant de simulation, met en œuvre :
a) une détermination de champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire,
b) une détermination de grandeurs chimiques du fluide secondaire à partir du champs thermo-hydrauliques,
c) une détermination d'une relation de transport et de dépôt de matière,
le taux de colmatage et/ou l'encrassement étant déterminé à partir de ladite relation de transport et de dépôt de matière. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à au moins un instant de simulation, le taux de colmatage est déterminé à partir de variables internes en utilisant une estimation d'un taux d'accumulation de dépôt faisant intervenir un terme de dépôt de particules et d’un terme de précipitation d’espèces solubles, auxquels est retranché un terme représentant un flux d’arrachement, et dans lequel à au moins un instant de simulation, l'encrassement est déterminé à partir de la somme de deux flux de matières : un flux induit par la précipitation pariétale des espèces solubles, et un flux induit par l’ébullition pariétale.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur suite à la détermination du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nettoyage est un nettoyage chimique du générateur de vapeur nécessitant l'arrêt du fonctionnement du générateur de vapeur.
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| CN118268311A (zh) * | 2024-04-17 | 2024-07-02 | 西安热工研究院有限公司 | 直流蒸汽发生器二回路侧用edta浸泡清洗系统及方法 |
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