CN107820443B - 用于传质塔的接触阀塔盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在传质塔或热交换塔中使用并具有跨接触塔盘的塔盘板(26)分布的多个固定阀或可移动阀(32)的阀接触塔盘。该阀(32)中的每个阀包括位于塔盘板(26)中的开口(6)、连接到附接腿(52，54)的阀盖(50)、以及围绕开口(46)的堰(48)。该阀盖(50)比塔盘板中的下方开口宽并向外延伸越过该塔盘板中的下方开口并具有向下延伸的周边区域。百叶窗式通风口(68)可被提供在附接腿中的一个附接腿的下游中。

Description

用于传质塔的接触阀塔盘
背景技术
本发明大体涉及在其中发生质量传递和热交换的塔，并且更具体地涉及用于在此类塔中使用以促进流入塔内的流体流之间的相互作用的接触塔盘。
如本文所用，术语“传质塔”是指在其中发生质量传递和/或热交换的塔。传质塔的示例包括蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、和萃取塔。
在传质塔中通常使用各种类型的塔盘，以促进向上流动的流体流与向下流动的流体流之间的接触和质量传递。上升流体通常为蒸气并且下降流体通常为液体，但液体-液体***和气体-液体***也为已知的。每个塔盘通常跨塔的基本上整个水平横截面而水平延伸并围绕其周边由焊接到圆形塔壁或外壳的内表面的环来支撑。以这种方式定位多个塔盘，在相邻塔盘之间具有均匀的垂直间距。该塔盘可仅被定位在塔的一部分中，以执行利用塔发生的多步骤过程的一部分。另选地，该塔盘可填充塔内的基本上整个开放区域。
上述类型的塔盘包括被定位在塔盘板中的开口处以为液体提供从一个塔盘下降到相邻下塔盘的通道的一个或多个降液管。在进入降液管之前，塔盘板上的液体与穿过被提供在塔盘板的所选择的部分中的开口的上升蒸气相互作用。塔盘板的包含蒸气开口的那些区域通常被称为“活性”区域，因为蒸气和液体混合和起泡发生在塔盘的那些区域上方。
塔盘板中的蒸气开口可为简单的筛孔或者可被形成为固定阀或可移动阀的一部分。常规阀具有通过附接腿支撑在塔盘板中的开口上方的阀盖。在固定阀中，该阀盖被固定以抵御垂直移动。在可移动阀中，该阀盖能够响应于穿过开口的蒸气或流体流速的变化而上下移动。该阀盖用于遮蔽固定阀和可移动阀两者中的开口以防向下穿过开口的流体的不期望的渗漏并且用于横向引导已上升穿过开口的蒸气或其他流体，以用于增强与沿塔盘板流动的流体的相互作用。虽然已知各种固定阀和可移动阀，但进一步改进它们的设计和性能。
发明内容
在一个方面中，本发明涉及用于在传质塔中使用的接触塔盘。该接触塔盘包括大体上平坦的塔盘板以及跨塔盘板分布的多个阀。阀中的每个阀包括延伸穿过塔盘板以允许流体穿过塔盘板的开口、围绕开口的周边从塔盘板向上延伸的堰、以及由附接腿支撑在开口和堰上方的阀盖。该阀盖向外延伸越过开口的整个周边并具有向下延伸的周边区域。
在另一个方面中，本发明涉及用于在传质塔中使用的接触塔盘。该接触塔盘包括大体上平坦的塔盘板以及跨塔盘板分布的多个阀。阀中的每个阀包括延伸穿过塔盘板以允许流体穿过塔盘板的开口、围绕开口的整个周边从塔盘板向上延伸的堰、由被定位在所述阀盖的相对端处的第一附接腿和第二附接腿支撑在开口和堰上方的阀盖、以及被形成在附接腿中的一个附接腿中的通风口。该阀盖向外延伸越过开口的整个周边并且具有向下延伸的周边区域。
在又一方面中，本发明涉及在用于传质塔中使用的接触塔盘。该接触塔盘包括大体上平坦的塔盘板以及跨塔盘板分布的多个阀。阀中的每个阀包括延伸穿过塔盘板以允许流体穿过塔盘板的开口、围绕开口的整个周边从塔盘板向上延伸的堰、由被定位在所述阀盖的相对端处的第一附接腿和第二附接腿支撑在开口和堰上方的阀盖、以及被形成在附接腿中的一个附接腿中的通风口。塔盘板中的开口为圆形的并且阀盖为等腰梯形的形式。该附接腿包括分别连接到阀盖的相对的平行的第一端和第二端的第一附接腿和第二附接腿。该阀盖各自向外延伸越过塔盘板中的开口的整个周边，并且第一附接腿的宽度大于开口的最大宽度。该阀盖具有向下延伸的周边区域。
附图说明
在形成本说明书的一部分并且在各个视图中使用类似的附图标号来指示类似的部件的附图中：
图1为塔的不完整透视图，在该塔中，预期会发生质量传递和/或热交换，并且在该塔中，塔的外壳的一部分被剥除，以示出本发明的固定阀接触塔盘的一个实施方案；
图2为在图1中所示的塔中的接触塔盘的放大透视图；
图3为图1和图2的接触塔盘中的一个接触塔盘的不完整透视局部分解图，其以进一步放大的比例示出了接触塔盘的固定阀，其中阀盖中的一个阀盖被移除以示出构造的细节；
图4为接触塔盘中的一个接触塔盘的示出了在箭头方向上沿图3的线4-4在垂直截面中截取的固定阀中的两个固定阀的不完整侧正视图；
图5为固定阀的阀盖中的一个阀盖的顶部透视图；
图6为在图5中所示的阀盖的底部透视图；
图7为在图5中所示的阀盖的在从阀盖的第二端到第一端的方向上截取的端部正视图；
图8为在图5中所示的阀盖的侧正视图；
图9为从图7的视角的相对端示出的阀盖的端部正视图；
图10为在图5中所示的阀盖的顶部平面图；
图11为在图5中所示的阀盖的底部平面图；
图12为包括可移动阀的接触塔盘中的一个接触塔盘的另一个实施方案的不完整透视局部分解图，其中阀盖中的一个阀盖被移除以示出构造的细节；
图13为图12的接触塔盘的示出了在箭头方向上沿图12的线13-13在垂直截面中截取的可移动阀中的两个可移动阀的不完整正视图；
图14为接触塔盘中的一个接触塔盘的示出了在箭头方向上沿图3的线4-4在垂直截面中截取的可移动阀中的两个可移动阀不完整侧正视图；
图15为可移动阀的阀盖中的一个阀盖的顶部透视图；
图16为在图15中所示的阀盖的底部透视图；
图17为在图15中所示的阀盖的在从阀盖的第二端到第一端的方向上截取的端部正视图；
图18为在图15中所示的阀盖的侧正视图；
图19为从图17的视角的相对端示出的阀盖的端部正视图；
图20为在图15中所示的阀盖的顶部平面图；并且
图21为示出了本发明的固定阀接触塔盘对比缺乏本发明特征结构的固定阀接触塔盘的比较性能的曲线图。
具体实施方式
现在转到更详细的附图并且首先转到图1，适用于在质量传递或热交换过程中使用的传质塔通常利用数字10来表示。尽管包括多边形的其他构型为可能的并且在本发明的范围内，但是该塔10可包括可为大体上圆柱形构型的竖直的外部壳体12。该外壳12可具有任何合适的直径和高度并且可由一种或多种刚性材料来构造，该一种或多种刚性材料对于在塔10的操作期间存在的流体和条件而言有利地为惰性的或以其他方式与该流体和条件相容。
该塔10可为用于处理流体流(通常为液体流和蒸气流)的类型，以获取分馏产物或以其他方式引起流体流之间的质量传递或热交换。例如，该塔10可为其中发生以下过程的塔：原油常压处理、润滑油真空处理、原油真空处理、流体或热裂解分馏、焦化或减粘裂化分馏、焦炭清理、反应器废气清理、气体淬火、食用油除臭、污染控制洗涤或其他过程。
塔10的外壳12限定开放内部区域14，在该开放内部区域中，在流体流之间发生所需的质量传递或热交换。在一个具体实施中，流体流可包括一个或多个上升的蒸气流以及一个或多个下降的液体流。在其他具体实施中，流体流可包括上升或下降的液体流或者上升或下降的蒸气流的基本上任意组合。
可通过沿塔10的高度被定位在适当位置处的任意数量的进料管线16(诸如下进料管线16a或上进料管线16b)来将一个或多个流体流引导到塔10中。在一个具体实施中，该蒸气流可在塔10内产生，而不是通过进料管线16a，16b而被引入到塔10中。可通过任意数量的出料管线18(诸如下出料管线18a和上出料管线18b)来将一个或多个流体流引导到塔10外。在一个具体实施中，液体可通过上进料管线16b引入、下降穿过塔10、并通过下出料管线18a而被移除，而蒸气可通过下进料管线16a引入、上升穿过塔10、并通过上出料管线18b而被移除。
将通常存在的其他塔部件诸如回流料流管线、再沸器、冷凝器、蒸汽角(vaporhorn)、液体分布器等并未在附图中示出，因为它们实质上是常规性的并且这些部件的图示据信不是理解本发明所必需的。
根据本发明，在塔10的开放内部区域14内定位有多对固定阀接触塔盘20和22，以促进在开放内部区域14内流动的流体的相互作用。塔盘20和22跨塔10的整个横截面大体上水平地延伸并且以交替方式布置，使得每个塔盘20覆盖塔盘22中的一个塔盘并与该塔盘在垂直方向上相邻。每个塔盘20和22的具体设计可改变，但仍在本发明的范围内。
在图1至图2的例示实施方案中，塔盘20和22被构造成形成单通路流体流动布置，在该单通路流体流动布置中，下降流体以与流动方向相反的方向在每个塔盘20和22上从端部流动到端部。每个塔盘20具有被定位在通常由互连的塔盘面板形成的塔盘板26的一端处的侧降液管24。侧降液管24接收并移除来自塔盘板26的下降流体并将该下降流体传送到成对的下方塔盘22的塔盘板28的一端。流体然后在相反的方向上跨塔盘板28流到被定位在塔盘板28的相对端处的侧降液管30。流体进入侧降液管30并被传送到下一个下方塔盘20的塔盘板26。这种流动模式在较低的塔盘对20和22中的每个塔盘对上重复。尽管塔盘20和22被示出为被构造用于单通路流体流动，但本发明涵盖被构造用于多通路流动的塔盘。
固定阀32以预先选择模式而被定位在塔盘20和22的塔盘板26和28的一些部分上，以允许蒸气或另一种流体上升穿过塔盘板26和28并在跨塔盘板26和28的上表面流动的情况下相互作用。塔盘板26和28的包含这些固定阀32的区域通常被称为塔盘20和22的活性区域。
塔盘板28的位于下方塔盘20的侧降液管24下方的区域包括入口面板34并且通常为无孔的或者具有阻碍或阻止下降流体穿过入口面板34的遮蔽的流动通道。类似地，塔盘板26的位于下方塔盘22的侧降液管30下方的区域包括为无孔的或者具有遮蔽的流动通道的入口面板36。
每个塔盘20的侧降液管24包括以脊索方式跨塔10的开放内部区域14延伸的壁38。壁38的上部或附接到壁38的单独的件向上延伸到塔盘板26上方以形成入口堰40，该入口堰使得液体在溢出堰40并进入侧降液管24之前积聚在塔盘板26上。壁38的下部与下方塔盘板28间隔开并位于该下方塔盘板上方，或者包含流口(未示出)，以允许流体离开侧降液管24并在进入塔盘板26的相对端处的侧降液管30之前沿塔盘板28的上表面流动。
类似地，每个塔盘22上的侧降液管30包括具有下部的脊索壁42，该下部与下方塔盘板26间隔开并位于该塔盘板上方或者包含流口(未示出)，以允许流体离开侧降液管30并沿塔盘板26的上表面流动。壁42的上部或附接到壁42的单独的件向上延伸到塔盘板28上方以形成入口堰44。虽然壁38和42中的每个壁被示出为平坦且垂直延伸的、阶梯状的、倾斜的或多脊索的壁，但其他构造也在本发明的范围内。
现在转到图3至图11，塔盘板26上的固定阀32中的每个固定阀包括延伸穿过塔盘板26以允许流体穿过塔盘板26的开口46以及沿开口46的整个周边从塔盘板26向上延伸预先选择的距离的堰48。每个固定阀32还包括由第一附接腿和第二附接腿52和54支撑在开口46上方的固定的预先选择的位置处的阀盖50。虽然在所示的实施方案中使用了两个附接腿52和54来支撑阀盖48，但如有需要，则可使用附加附接腿。
所示实施方案中的附接腿52和54从塔盘板26向上延伸并被定位在阀盖50的相对端处。附接腿52和54被示出为大体上垂直于塔盘板26延伸，但在其他实施方案中，它们可朝向或远离彼此倾斜。每个附接腿52和54具有附接到阀盖50的边缘并与该阀盖的边缘成为一体的上端。
附接腿52和54以合适的方式而被固定到塔盘板26。在所示的实施方案中，附接腿52和54分别向下延伸穿过被定位在塔盘板26中的开口46的相对侧上的平行狭槽56和58(图3)。附接腿52和54中的每个附接腿分别包括贴靠塔盘板26的上表面接合的一对台肩60和62、以及具有在台肩60和62下方间隔开预先选择的距离的上表面的锁定突片64。锁定突片64贴靠塔盘板26的下表面接合。台肩60和62与突片64的上表面之间的距离被选择成当附接腿52和54的台肩60和62接合塔盘板26的上表面并且所述锁定突片64的上表面贴靠塔盘板26的下表面接合时防止附接腿60和62以及承载于其上的阀盖50的垂直移动。如有需要，可增大台肩60和62和锁定突片64的上表面之间的距离以允许附接腿52和54以及阀盖50响应于由上升穿过塔盘板26中的开口46的流体而被施加在阀盖50的下表面上的向上压力的变化而进行一些垂直移动。
锁定突片64可为允许附接腿52和54在锁定突片64的上表面被定位成贴靠塔盘板26的下表面接合之前向下***穿过狭槽56和58的各种合适的形式。例如，在安装附接腿52和54之后，锁定突片64可简单地手动弯曲以使其上表面与塔盘板26的下表面接合。在所示的实施方案中，通过沿锁定突片64的两侧和上边缘切割同时保留锁定突片64的下边缘附接到附接腿52或54而将锁定突片64形成在相关联的附接腿52或54中。然后锁定突片64围绕所附接的下边缘弯曲，以将锁定突片64的其余部分移出相关联的附接腿52或54的平面。当附接腿52或54向下***穿过相关联的狭槽56或58时，塔盘板26的环绕狭槽56或58的部分使得锁定突片64朝向附接腿52或54的平面枢转。一旦锁定突片64不受狭槽56或58阻碍，锁定突片64随后便向外弹出。
附接腿52的宽度大于塔盘板26中的开口46的最大对应宽度以遮蔽开口46，从而防止通过开口46向下发生不期望的流体渗漏。固定阀32在塔盘板26上被取向成使得附接腿52和54在沿塔盘板26的上表面的流体流动的大体方向上对齐，其中附接腿52被定位在固定阀32的上游侧处。在一个实施方案中，上游的附接腿52大于附接腿54，以促进流体围绕开口46的更顺畅的流动。
在一个实施方案中，阀盖50为等腰梯形的形式，其中附接腿52和54连接到阀盖50的相对的平行的第一端和第二端。另选地，阀盖50可以其他形状形成。阀盖50的尺寸被设定成向外延伸越过塔盘板26中的开口46的整个周边以更有效地遮蔽开口46，从而防止通过开口46向下发生有害的渗流体漏，并且该阀盖具有向下延伸的外周边区域66。阀盖50(周边区域66处除外)位于与塔盘板26的平面平行的平面中。在其他实施方案中，阀盖50可倾斜，诸如在塔盘板26的上表面上的流体流动的大体方向上以向上的方向倾斜。
每个固定阀32中的下游附接腿54包括百叶窗式通风口68，该百叶窗式通风口在远离上游附接腿52的下游流体流动方向上被导向。通风口68允许上升穿过固定阀32中的开口46的流体通过附接腿54排放，以促进与沿塔盘板26的上表面流动的流体的混合并提供对流动流体的定向推动。塔盘板28上的每个固定阀32具有与塔盘板26上方的上述那些固定阀相同的构造。
通过比较测试已发现，相比于具有类似构造但缺乏阀盖50的下翘周边区域66、围绕开口46的堰48、以及被形成在下游附接腿54中的通风口68的常规PROVALVETM固定阀，固定阀32减少了上升穿过固定阀32的蒸气中的液体夹带并且减少了向下穿过固定阀32的液体渗漏。比较的测试的结果在图21中给出。
转到图12至图20，具有与固定阀32的许多相同结构特征的可移动阀132在塔盘板126中示出。为了易于参考，将前缀“1”与可移动阀132的与固定阀32的那些部件大体上对应的部件的附图标号一起使用。可移动阀132各自包括延伸穿过塔盘板126的开口146以及沿开口146的整个周边从塔盘板126向上延伸预先选择的距离的堰148。
在每个固定阀132中，阀盖150附接到第一附接腿和第二附接腿152和154。虽然在所示的实施方案中使用了两个附接腿152和154，但如有需要，可使用附加附接腿。
附接腿152和154悲哀定位在阀盖150的相对端处并垂直于塔盘板126延伸。每个附接腿152和154具有附接到阀盖150的边缘并与该阀盖的边缘成为一体的上端。附接腿152和154分别向下延伸穿过被定位在塔盘板126中的开口146的相对侧上的平行狭槽156和158(图12)。每个附接腿152和154包括具有在阀盖150下方与该阀盖间隔开预先选择的距离的上表面的锁定突片164。锁定突片164贴靠所述塔盘板126的下表面接合，以固定阀盖150的向上移动的上限。阀盖150的下表面在堰48的上边缘上的接合设定阀盖150的向下移动的下限。另选地，可使用台肩160和162诸如与上述附接腿52和54一起使用的台肩60和62来设定向下移动的下限。锁定突片164与阀盖150的下表面之间的距离被选择成响应于由上升穿过塔盘板126中的开口146的流体而被施加在阀盖150下表面上的向上压力的变化而设定附接腿160和162以及承载于其上的阀盖150的垂直移动距离的范围。出于例示的目的，图13中的右侧可移动阀132被示出为处于其完全打开位置中并且该图中的左侧可移动阀132被示出处于其关闭位置中。
锁定突片164可为允许附接腿152和154如上文参照锁定突片64所述那样向下***穿过狭槽156和158的各种合适的形式。
附接腿152的宽度大于塔盘板126中的开口146的最大对应宽度以遮蔽开口，从而防止通过开口146向下发生不期望的流体渗漏。可移动阀132在塔盘板126上被取向成使得附接腿152和154在沿塔盘板126的上表面的流体流动的大体方向上对齐，其中附接腿152被定位在可移动阀132的上游侧处。在一个实施方案中，上游的附接腿152大于附接腿154，以促进流体围绕开口146的更顺畅的流动。
在一个实施方案中，阀盖150为等腰梯形的形式，其中附接腿152和154连接到阀盖150的相对的平行的第一端和第二端。另选地，阀盖150可以其他形状形成。阀盖150的尺寸被设定成向外延伸越过塔盘板126中的开口146的整个周边以更有效地遮蔽开口146，从而防止通过开口146向下发生有害的流体渗漏，并且该阀盖具有向下延伸的外周边区域166。阀盖150(周边区域166处除外)位于与塔盘板126的平面平行的平面中。在其他实施方案中，阀盖150可倾斜，诸如在塔盘板126的上表面上的流体流动的大体方向上以向上的方向倾斜。
通过省略百叶窗式通风口68或使用简单的开口取代百叶窗式通风口68，每个可移动阀132中的下游附接腿154可不同于固定阀32中的下游附接腿54。另选地，诸如在其中使用上述台肩来设定阀盖150的向下移动的下限的实施方案中可包括百叶窗式通风口68。在此类实施方案中，百叶窗式通风口将被定位在台肩上方，使得该百叶窗式通风口不妨碍附接腿154在其相关联的狭槽158中的向下移动。
从上述内容可看出，本发明非常适于实现上文阐述的所有目的和目标，并具有结构所固有的其他优点。
应当理解，某些特征和子组合具备实用性并且可被采用，而无需参考其他特征和子组合。这是本发明所预期的并且在本发明的范围内。
由于多种可行实施方案在不脱离本发明的范围的情况下可根据本发明作出，因此应当理解，在本文中阐述或在附图中示出的所有内容均被理解为具有示例性而非限制性的意义。

Claims (10)

1.一种用于在传质塔中使用的接触塔盘，所述接触塔盘包括：
大体上平坦的塔盘板；和
跨所述塔盘板分布的多个阀，所述阀中的每个阀包括延伸穿过所述塔盘板以允许流体穿过所述塔盘板的开口、围绕所述开口的周边从所述塔盘板向上延伸的堰、以及由第一附接腿和第二附接腿支撑在所述开口和所述堰上方的阀盖，
其中所述阀盖向外延伸越过所述开口的整个周边并具有向下延伸的周边区域，
所述第一附接腿位于阀的上游侧，并且所述第二附接腿位于阀的下游侧，
所述第一附接腿的宽度大于所述第二附接腿的宽度，
延伸穿过所述塔盘板的所述开口为圆形的并且所述阀盖为等腰梯形的形式，并且
所述第二附接腿具有在其中形成的百叶窗式通风口。
2.根据权利要求1所述的接触塔盘，其中所述阀为固定阀并且所述第一附接腿和所述第二附接腿将所述阀盖支撑在延伸穿过所述塔盘板的所述开口和所述堰上方的固定位置处。
3.根据权利要求1所述的接触塔盘，其中所述第一附接腿和所述第二附接腿中的每个附接腿延伸穿过所述塔盘板中的狭槽并包括台肩和突片，所述台肩贴靠所述塔盘板的上表面接合，所述突片具有与所述台肩间隔开预先选择的距离的贴靠所述塔盘板的下表面接合的上表面，其中所述台肩和所述突片的所述上表面之间的所述预先选择的距离被选择成当所述第一附接腿和所述第二附接腿的所述台肩接合所述塔盘板的所述上表面并且所述突片的所述上表面贴靠所述塔盘板的所述下表面接合时防止所述第一附接腿和所述第二附接腿和阀盖的垂直移动。
4.根据权利要求1所述的接触塔盘，其中所述第一附接腿和所述第二附接腿中的每个附接腿延伸穿过所述塔盘板中的狭槽并能够在所述塔盘板中的所述狭槽内垂直移动，以允许所述阀盖在降下垂直位置和升高垂直位置之间移动，其中所述第一附接腿和所述第二附接腿中的每个附接腿包括具有上表面的突片，当所述阀盖处于所述升高垂直位置中时，所述上表面贴靠所述塔盘板的下表面接合，以防止所述第一附接腿和所述第二附接腿的进一步的垂直移动。
5.根据权利要求4所述的接触塔盘，其中当所述阀盖处于所述降下位置中时，所述阀盖的下表面接触所述堰。
6.根据权利要求1所述的接触塔盘，其中所述第一附接腿比延伸穿过所述塔盘板的所述开口的最大尺寸宽。
7.根据权利要求1所述的接触塔盘，其中所述第一附接腿的宽度大于延伸穿过所述塔盘板的所述开口的最大宽度。
8.根据权利要求7所述的接触塔盘，其中所述第一附接腿和所述第二附接腿中的每个附接腿延伸穿过所述塔盘板中的狭槽并包括台肩和突片，所述台肩贴靠所述塔盘板的上表面接合，所述突片具有与所述台肩间隔开预先选择的距离的贴靠所述塔盘板的下表面接合的上表面，其中所述台肩和所述突片的所述上表面之间的所述预先选择的距离被选择成当所述第一附接腿和所述第二附接腿的所述台肩接合所述塔盘板的所述上表面并且所述突片的所述上表面贴靠所述塔盘板的所述下表面接合时防止所述第一附接腿和所述第二附接腿和阀盖的垂直移动。
9.根据权利要求7所述的接触塔盘，其中所述第一附接腿和所述第二附接腿中的每个附接腿延伸穿过所述塔盘板中的狭槽并能够在所述塔盘板中的所述狭槽内垂直移动，以允许所述阀盖在降下垂直位置和升高垂直位置之间移动，其中所述第一附接腿和所述第二附接腿中的每个附接腿包括具有上表面的突片，当所述阀盖处于所述升高垂直位置中时，所述上表面贴靠所述塔盘板的下表面接合，以防止所述第一附接腿和所述第二附接腿的进一步的垂直移动。
10.根据权利要求9所述的接触塔盘，其中当所述阀盖处于所述降下位置中时，所述阀盖的下表面接触所述堰。
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