DE3038940A1

DE3038940A1 - Verfahren und vorrichtung zur entlueftung von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3038940A1
Application number: DE19803038940
Authority: DE
Inventors: Tron-Halvard Asker Fladby; Leif Oslo Hovind
Original assignee: Akers Mek Verksted AS
Current assignee: Akers Mek Verksted AS
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1980-10-15
Publication date: 1981-05-14
Also published as: MX155638A; JPS5818126B2; NO793332L; GB2061755A; DE3038940C2; NO148701C; NO148701B; FR2467621B1; US4316725A; GB2061755B; JPS5684604A; IT8025339A0; IT1212423B; BR8006649A; FR2467621A1; CA1143299A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entlüftung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, um einen wesentlichen Anteil des durch die Flüssigkeit ^,absorbierten Sauerstoffs zu entfernen.

Es ist bekannt, Wasser, wie Seewasser, in unterirdische kohlenwasserstoffhaltige Schichten, wie Erdöllagerstätten,, einzuführen, um die vorhandenen Kohlenwasserstoffe zur Ausbeuteverbesserung zu verdrängen. Die Einführung von Seewasser mit absorbiertem Sauerstoff kann jedoch zu gewissen Nachteilen führen. Der vorhandene Sauerstoff fördert u.a. die Korrosion der verwendeten Rohre und führt ferner zu einem unerwünschten Wachstum von Aerobionten (aerophile Mikroorganismen),. die durch das eingeführte Wasser eingeschleppt werden. Das Wachstum der Aerobionten in der kohlenwasserstoffhaltigen Formation kann zur Bildung von Kolonien der Mikroorganismen führen, die die kohlenwasserstoffhaltige Schicht undurchlässig machen, so daß die gewünschte Wirkung nicht erzielt wird.

Sauerstoff und andere Gase können aus Wasser desorbiert oder entfernt werden, indem das Wasser bei Atmosphärendruck gekocht wird; dieses Verfahren ist jedoch für.die Behandlung von großen Wassermengen ungeeignet. Absorbierte Gase können ferner durch Gasstrippen entfernt werden; dieses Verfahren kann in einem Gasabstreifer bzw. Entgaser, gewöhnlich in einer nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Abstreifkolonne mit Füllkörpern oder Siebböden durchgeführt werden. Das Wasser wird am Kopf des Entgasers eingeführt, während das Abstreifgas (stripping gas), zum Beispiel gereinigtes Erdgas, am Boden der Kolonne eingeleitet wird und in inniger Berührung durch das Wasser hindurchperlt. Das Abstreifgas verdrängt die anderen absorbierten Gase, so daß man Wasser erhält, das mindestens teilweise zum Beispiel von Sauerstoff befreit ist.

Das Gasstrippen hat jedoch gewisse Nachteile, d.h. die verwendeten Anlagen sind teuer, schwer und voluminös, was auf einer Bohrinsel sehr nachteilig ist, da die Anlagen viel Raum beanspruchen und ein unerwünscht hohes Gewicht haben. Ferner

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werden große Mengen an schwefelarmem Erdgas verbraucht, die

nach Gebrauch verbrannt werden müssen.

In der Umgebung einer solchen Anlage besteht ferner eine Gefährdung durch Gas, wodurch Beschränkungen hinsichtlich der Aufstellung der Anlage sowie zahlreiche Sicherheitsvorkehrungen notwendig werden.

Da die Menge des in einer Flüssigkeit absorbierten Gases dem Partialdruck des Gases über der Flüssigkeit proportional ist, können die absorbierten Gase auch durch Herabsetzung des Partialdruckes des Gases über der Flüssigkeit entfernt werden. Zu diesem Zweck können konventionelle Vakuumentlüfter, die ähnlich wie die Gasstripper konstruiert sind, verwendet werden, wobei jedoch kein Gas am Boden eingeführt wird, sondern vorzugsweise der obere Teil des Entlüfters mit einer geeigneten Vakuumpumpe verbunden ist, um den Gaspartialdruck zu vermindern. Im Zusammenhang mit den üblichen Vakuumentlüftern ist ein mehrstufiger Entlüfter erforderlich,' um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Ein solcher Vakuumentlüfter ist deshalb so schwer und so voluminös wie ein Gasstripper. Ferner ist es auf der Endstufe.häufig notwendig, sauerstoffverzehrende Chemikalien zuzusetzen, um hinreichend niedrige Sauerstoffwerte zu erhalten. Weiterhin erfordern die Chemikalienzusätze aufwendige Dosier- und Regelvorrichtungen/ und die Kosten der Chemikalien verteuern dieses Verfahren noch weiter.

Eine Beschreibung des Standes der Technik wurde von Dr. Charles C. Patton in ¹¹OiIfield Water Systems" (Petro Tech Ltd. 1977) gegeben. Diese Arbeit enthält eine Beschreibung der gegenwärtigen Vorrichtungen und Verfahren sowie eine umfangreiche Liste mit Literaturhinweisen.

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Vakuumentlüftung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, in einer Stufe, wonach das behandelte Wasser sehr niedrige Restwerte an freiem Sauerstoff enthält.

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Das Verfahren ermöglicht auch die Verwendung von wesentlich kleineren Apparaturen,als bekannte Verfahren.

Erfindungsgemäß wird das zu behandelnde Wasser in eine Vakuumzone eingespritzt und trifft auf eine oder mehrere Oberflächen auf, die mit einem "schaumbrechenden" porösen Material bedeckt sind, durch das das zerstäubte Wasser hindurchdringt und nach unten in eine zweite Zone fließt, in der das entlüftete Wasser auf einem verhältnismäßig konstanten Niveau gehalten wird. In der Vakuumzone wird ein möglichst niedriges Vakuum aufrechterhalten, das vorzugsweise etwa dem Dampfdruck des Wassers entspricht. Um zu verhindern, daß das eingeleitete Wasser auf das Wasser in der darunterliegenden Zone auftrifft, ist zwischen dem Wasser und der oberen Zone eine durchlässige Trennwand vorgesehen. Diese durchlässige Trennwand kann aus dem gleichen Material wie das Material angefertigt sein, auf das das Wasser beim Einspritzen aufprallt.

Es gibt verschiedene bekannte Vorrichtungen und Verfahren zum Trennen eines Gases von einer Flüssigkeit. So beschreibt die US-PS 36 31 654 eine Vorrichtung zur Trennung eines mechanischen Gemisches aus Gasen und Flüssigkeiten, wenn auch keinen Vakuumentlüfter . Ein Filter wird von einer Flüssigkeit benetzt, und aufgrund des Druckunterschiedes geht nur die Flüssigkeit durch das Filter hindurch. Ein anderer Teil des gleichen Filters stößt die Flüssigkeit ab und läßt das Gas zu einer getrennten Ableitung hindurch. In der US-PS 3 523 408 ist eine Vorrichtung zur Trennung von Gasen und Flüssigkeiten beschrieben, die auf dem gleichen Prinzip wie die US-PS 36 31 654 beruht.

In der US-PS 4 039 305 ist ein Filter beschrieben, mit dessen Hilfe Gasblasen von öl getrennt werden können. Das Gemisch wird durch ein Filtermaterial gepreßt, wodurch sich die ölphase von der Gasphase trennt.

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In der GB-PS 1 298 920 ist ein Vakuumentlüfter (Entgaser) beschrieben. Mit Hilfe dieser Vorrichtung soll eine große Berührungsfläche zwischen der Flüssigkeit im Vakuumbehälter und dem Vakuum geschaffen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit durch Filterelemente im Behälter nach außen gepreßt wird.

In der GB-Patentanmeldung 20 13 520 ist eine Vorrichtung beschrieben, die, wenn auch nicht notwendig, als Vakuumentgaser bezeichnet werden kann. Nach dieser Patentanmeldung soll Gas von einem schäumenden Medium getrennt werden. Das Gas wird durch Filterelemente im oberen Teil eines Gefäßes abgezogen, durch die der Schaum nicht hindurchgeht.

In der DE-OS 26 45 561 ist eine Vorrichtung zur Trennung von ungelösten Gasen und Fremdstoffen von einer Flüssigkeit beschrieben, nicht jedoch ein Vakuumentlüfter (Entgaser) mit dessen Hilfe gelöste Gase aus einer Flüssigkeit entfernt werden. Eine solche Vorrichtung wird häufig einer Pumpe vorgeschaltet.

In der GB-PS 13 23 957 sind Merkmale enthalten, die eine gewisse.Ähnlichkeit mit den Zielen der vorliegenden Erfindung haben. Die genannte Patentschrift zeigt eine zweistufige Vorrichtung, wobei eine erste Entlüftung oder Entgasung in einer ersten Zone durchgeführt wird, worauf die vorbehandelte Flüssigkeit in eine weitere Behandlungsstufe gleicher Art geleitet wird. Offensichtlich reicht die Vorstufe nicht aus, um die gewünschten Gaswerte zu erhalten, und die Flüssigkeit muß vor dem Einleiten in die zweite Stufe erhitzt werden. Es handelt sich hierbei um ein energieaufwendiges Verfahren. Nach dieser Patentschrift wird Flüssigkeit auf oder gegen ein horizontal angeordnetes poröses Material, z.B. Raschig-Ringe, gespritzt.

Erfindungsgemäß wird dagegen die zu behandelnde Flüssigkeit mit Hilfe einer oder mehrerer Düsen gegen vertikal angeordnete Oberflächen gespritzt, die mit einem porösen Material beschichtet sind, das der Schaumbildung entgegenwirkt

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Ein Teil der Flüssigkeit dringt natürlich in das poröse Material ein und geht durch dieses hindurch, doch die Hauptmenge der Flüssigkeit fließt entlang der Oberfläche des porösen Materials nach unten, so daß eine mögliche Filterwirkung ziemlich beschränkt ist.

Wie aus den nachstehend angegebenen Versuchswerten hervorgeht, erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich bessere Entlüftung als nach bekannten Verfahren. Man nimmt an, daß zum Beispiel beim Einspritzen von Wasser in einen Entlüfter, in welchem die Vakuumzone unter einem sehr •niedrigen Druck gehalten wird, die absorbierten Gase "Siedekeime" bilden, um die sich Dampf oder größere Dampfblasen bilden, die sofort aus dem eingespritzten Wasser freigesetzt werden, bevor oder nachdem dieses auf das poröse Material auftrifft. Man nimmt ferner an, daß der niedrigere Wirkungsgrad der üblichen Füllkörper-Vakuumentgaser auf die Bildung von Schaum und Gasblasen auf der Oberfläche des vorhandenen Wassers zurückzuführen ist.' Infolge der Oberflächenspannung des Wassers ist der Partialdruck des Sauerstoffs in einer Blase höher als der Partialdruck außerhalb dieser Blase, weshalb der Sauerstoffgehalt des Wassers, das mit einem solchen Blase in Berührung steht, höher ist als man aufgrund des gesamten Druckes in der Kolonne voraussetzen würde. Man nimmt an, daß der niedrigere Wirkungsgrad eines üblichen Vakuumentgasers auf die Blasen- und Schaumbildung während der Abwärtsbewegung des Wassers durch die Füllkörper der Kolonne zurückzuführen ist und daß die Schaumbildung den Wirkungsgrad derartiger Entgaser begrenzt.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die mindestens eine Vakuumzone, in die Wasser eingespritzt wird, und mindestens eine darunterliegende Zone zum Sammeln und Abziehen des entlüfteten Wassers enthält. In der ersten Zone ist mindestens eine Aufprallfläche aus einem "schaumbrechenden" porösen Material Vorgesehen, gegen die mit Hilfe einer oder mehrerer geeigneter Düsen Wasser gespritzt wird. Die erste und zweite Zone sind durch eine

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durchlässige Trennwand aus porösem Material getrennt; dieses Material kann zum Beispiel das gleiche sein wie für die Aufprallwand, auf die das eingespritzte Wasser auftrifft. Der Zweck der Trennwand zwischen dem Wasser in der unteren Zone und in der Einleitungszone besteht zum Teil in einer Ver-¹ hinderung der Schaumbildung und zum Teil in der Verhinderung eines direkten Kontaktes zwischen dem Wasser aus den Düsen und dem behandelten Wasser, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung vermindert würde. Das Niveau des behandelten Wassers wird vorzugsweise so eingestellt, daß es innerhalb der porösen Trennwand zwischen den beiden Zonen liegt.

Diese Zonen sind in einem geeigneten Gehäuse vorgesehen, an das das erforderliche Vakuum angelegt werden kann. Das Gehäuse ist vorzugsweise isoliert, um eine unerwünschte Kondensation auf der äußeren Oberfläche zu verhindern.

Eine derartige Vorrichtung ist in der Zeichnung erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zeigt. Die dargestellte Vorrichtung enthält einen dichtschließenden äußeren Behälter, der so konstruiert ist, daß das erforderliche Vakuum angelegt werden kann. Innerhalb dieses Behälters 1 ist eine Innenschale 2 vorgesehen, durch die verhindert wird, daß das Wasser zumindest im oberen Teil des Behälters 1 mit der äußeren Behälterwand in Berührung kommt. Der Zwischenraum 3 zwischen der Schale 2 und dem Behälter 1 ist bei 4 zur Saugseite eines Gebläses (z.B. eines ROOTS-Gebläses) über die Leitung 16 ventiliert. Deshalb steht der Zwischenraum 3 unter Vakuum und hat somit eine wärmeisolierende Wirkung, so daß eine weitere Isolierung unnötig ist. Innerhalb der Schale 2 sind eine oder mehrere konzentrische vertikale Wände 5 und 5a vorgesehen. Diese Wände sind mit einem porösen Material 6, zum Beispiel Glaswolle oder einem Textilstoff aus natürlichen oder künstlichen Fasern oder dergl. beschichtet, zum Beispiel in einer Stärke von etwa 50 bis 100 mm. Die Wände 5 und 5a erstrecken sich nach unten bis zu einer Beschichtung 11 aus einem porösen Material (bzw. durch diese Beschichtung), die das Bad 7 abdeckt. Die Beschichtung 11 und die konzentrischen Wände 5 und 5a liegen auf einem gelochten Blech 20 oder dergl.

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auf. Das Wasser wird über das Steuerventil 13 und das Rohr 8 durch die Düsen 9 unter einem ausreichend hohen Druck eingespritzt, um eine gute Verteilung zu gewährleisten. Der Druck beträgt etwa 0,5 bis 0,7 bar für eine 15 mm-Düse (volle Leistung). Aus den Düsen 9 wird das Wasser gegen das poröse Material 6 an den Wänden 5 und 5a gespritzt. Durch die Beschichtung 11 wird verhindert, daß das mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit austretende Wasser mit dem behandelten Wasser im Bad 7 in Berührung kommt. Auf diese Weise wird vermieden, daß sauerstoffhaltiges Wasser unmittelbar mit dem behandelten Wasser in Berührung kommt.Versuche haben gezeigt, daß es ohne die Beschichtung 11 schwierig ist, bei einer Wassertemperatur von 10 bis 2O⁰C in einem einstufigen Vakuumentlüfter einen Restsauerstoffgehalt von weniger als 0,40 ppm zu erreichen.

In der Beschichtung 6 wird das Wasser abgebremst und ohne Schaumbildung verteilt, worauf es durch die Beschichtung 6 und gegebenenfalls auch an den Wänden 5 und 5a in das Bad 7 fließt. Da das Wasser aus den Düsen 9 mit dem Wasser im Bad 7 nicht unmittelbar in Berührung kommt und da es durch die-poröse Beschichtung in das Bad fließt, kann das Wasser kein desorbiertes Gas mitführen, das in das Bad gelangen könnte. Da die Wasseroberfläche des.Bades 7 mit der porösen Beschichtung in Berührung steht, wird eine Schaumbildung an der Wasseroberfläche verhindert. Das Niveau des Bades 7 wird vorzugsweise innerhalb der Beschichtung 11 gehalten, wie es durch die Bezugszahl 12 angedeutet ist. Dies wird mit Hilfe eines Steuerventils 13 erreicht, das durch die mit dem Schwimmer 14 verbundene Strebe 21 betätigt wird. Das Wasser wird durch die Ableitung 15 aus dem Entlüfter abgesaugt. Die abgetrennten Gase und Dämpfe werden am Kopf des Entlüfters durch das Rohr 16 mit Hilfe einer geeigneten Vakuumpumpe, zum Beispiel einem ROOTS-Gebläse 17, abgesaugt. Die durch das Gebläse abgesaugten Dämpfe können in einem Einspritzkühler durch Einleiten von kaltem Wasser kondensiert werden. Das Volumen, welches die Flüssigkeitsringpumpe 19 zu pumpen hat, ist also stark reduziert. Das in den Einspritzkühler 18'eingeleitete Wasser und das erhaltene Kondensat können zur Ergänzung

der Flüssigkeit in der Ringpumpe verwendet werden, so daß die Flüssigkeit automatisch ergänzt wird.

Ein Vergleich zwischen einem üblichen Seewasser-Entlüfter, der nach dem Vakuumprinzip arbeitet,und dem vorstehend beschriebenen Entlüfter zeigt, daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung wesentliche Vorteile besitzen. Für eine Leistung von 340 m³ Wasser/Std. sind die nachstehend angegebenen Abmessungen und Wirkungsgrade typisch.

Bekannte Vorrichtung

Durchmesser 3 m Höhe 10 m

Wirkungsgrad 0,05 ppm Rest-Sauerstoff bei 30⁰C bzw. 0,10 ppm Rest-Sauerstoff bei 20⁰C.

Vorrichtung gemäß der Erfindung

Durchmesser 1,5 m Höhe 3,9 m Wirkungsgrad 0,015 ppm Rest-Sauerstoff bei 13⁰C

(Der Wert 0,015 ppm war der untere Grenzwert der verwendeten Meßvorrichtung).

Diese Ergebnisse zeigen, daß mit dem erfindungsgemäßen Entlüfter eine wesentlich bessere Entfernung des Sauerstoffs erzielt werden kann als mit einer üblichen Vorrichtung. Bei dieser Vorrichtung war der Rest-Sauerstoffgehalt bei 20⁰C siebenmal höher als bei dem erfindungsgemäßen Entlüfter, obwohl dieser bei einer Wassertemperatur von 13⁰C getestet wurde. Dies zeigt nochmals deutlich die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

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Das Volumen der bekannten Vorrichtung ist etwa zehnmal so groß wie das der erfindungsgemäßen Vorrichtung, was eine beträchtliche Gewichts- und Volumenverminderung darstellt.

Obgleich die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung mit einer porösen Beschichtung 6 an der Wand 5 versehen ist, ist es auch möglich, die andere Oberfläche der Wand 5 mit einer entsprechenden Beschichtung zu versehen und die Düsen so anzuordnen, daß auch die zuletzt genannte Beschichtung mit Wasser bespritzt wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

λ J Verfahren zur Entlüftung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, wobei die Flüssigkeit in eine Vakuumzone eingeführt wird, die Einrichtungen zur Verteilung der Flüssigkeit enthält, worauf die Flüssigkeit nach der Entlüftung aus dieser Zone entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit in der Vakuumzone gegen mindestens eine Aufprallfläche aus porösem Material spritzt, um dem Schäumen entgegenzuwirken, worauf man die Flüssigkeit über das poröse Material zu einer aus der Vakuumzone führenden Ableitung leitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als poröses Material ein Fasermaterial verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit gegen mehrere, im Abstand angeordnete Oberflächen aus einem porösen Material spritzt.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit gegen eine Anzahl von konzentrischen, praktisch vertikalen ringförmigen Oberflächen aus dem porösen Material spritzt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend ein mit einem Evakuierungssystem verbundenes Gehäuse, Einrichtungen zum Einführen einer Flüssigkeit, wie Wasser, in das Gehäuse und eine Ableitung zur Entfernung der behandelten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine vertikale Aufprallfläche (6, 11) aus einem porösen Material, das das Schäumen verhindert, sowie Einrichtungen (9) zum Aufbringen' einer Flüssigkeit auf die poröse Aufprallfläche im Gehäuse (1) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material (6) aus einem Textil- oder einem ähnlichen Material aus natürlichen oder künstlichen Fasern besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material (6) auf oder in Form von vertikalen Wänden (5, 5a) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufprallfläche (11) aus einem porösen Material den oberen Teil des Gehäuses (1) gegen ein darunter liegendes Flüssigkeitsbad (7) abgrenzt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das poröse Material (6) bis zu der Aufprallwand (11) aus einem porösen Material bzw. gegebenenfalls durch diese Wand erstreckt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch Einrichtungen (14, 21, 13) zum Einstellen des Flüssigkeitsbades (7) bis auf ein Niveau (12) innerhalb des porösen Materials (11).

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch einen für die Flüssigkeit durchlässigen Stützeinbau (20), der das poröse Material (11) trägt, und mindestens eine Wand (5, 5a), an der das poröse Material (6) angebracht ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem porösen Material (6) hergestellten bzw. damit beschichteten Wände (5, 5a) als im wesentlichen ringförmige, konzentrische senkrechte Wände ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (1) und einer Innenschale (2) ein Zwischenraum (3) vorgesehen ist, der sich mindestens bis zum Flüssigkeitsniveau (12) erstreckt und der mit dem Evakuierungssystem (16, 17, 18, 19) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (3) mit einem Rohr (16) über Öffnungen (4) in der Rohrwandung in Verbindung steht.

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