JP2004211672A - ガスタービンの燃料ガス供給システムおよびその供給方法 - Google Patents
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Abstract
【課題手段】燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いときは、燃料ガス圧縮機で燃料ガスを圧縮し最適な圧力に加圧する。そして、起動時には圧縮された燃料ガスを冷却器で冷却し、最適な温度に調整し加温器バイパスラインを通って燃焼器に燃料ガスを供給する。通常運転時には冷却器での冷却はせずに、加温器で最適な温度に加温し燃焼器に供給する。一方、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いときは、燃料ガス圧縮機および冷却器をバイパスし減圧弁で減圧し、加温器でガスタービンの運転に最適な温度に加温し燃焼器に供給する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの運転に最適な温度および圧力の燃料ガスを燃焼器に供給可能にしたガスタービンの燃料ガス供給システムおよびその供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ガスタービンのガス燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統においては、燃料ガス供給源から送られてくる燃料ガスを減圧または圧縮(加圧)してガスタービン燃焼器に供給している。すなわち、燃料ガス供給源からの燃料ガスを減圧加温してガスタービンの必要燃料ガス圧力範囲内および必要燃料ガス温度範囲内に調整し、ガスタービンに供給するようにしたものがある(例えば特許文献1参照)。また、燃料ガス供給源からの燃料ガスを加圧してガスタービンに供給するようにしたものもある(例えば特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−38929号公報
【0004】
【特許文献2】
特開2000−282893号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の燃料ガス供給系統においては、燃料ガス供給源のガス圧力がガスタービンの燃焼器にとって最適な圧力よりも高い場合の対策、低い場合の対策だけであり、燃料ガス供給圧力が変化する場合において、高い場合および低い場合の双方についての対応が実施されてはいない。
【0006】
本発明の目的は、燃料ガス供給源から送られてくる燃料ガス圧力がガスタービンの燃焼器にとって最適な圧力よりも高い場合および低い場合の双方に対応できるガスタービンの燃料ガス供給システムを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のガスタービンの燃料ガス供給システムは、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いときは、燃料ガス圧縮機で燃料ガスを圧縮しガスタービンの運転に最適な圧力に加圧する。そして、ガスタービンの起動時には燃料ガス圧縮機で圧縮された燃料ガスを冷却器で冷却し、ガスタービンの運転に最適な温度に調整し加温器バイパスラインを通って燃焼器に燃料ガスを供給する。ガスタービンの通常運転時には冷却器での冷却はせずに、加温器でガスタービンの運転に最適な温度に加温し燃焼器に供給する。一方、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いときは、燃料ガス圧縮機および冷却器をバイパスし減圧弁で減圧し、加温器でガスタービンの運転に最適な温度に加温し燃焼器に供給する。
【0008】
また、本発明のガスタービンの燃料ガス供給方法は、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いときは燃料ガスを圧縮してガスタービンの運転に最適な圧力に加圧し、圧縮された燃料ガスの温度がガスタービンの運転に最適な温度を超えるときは燃料ガスを冷却して燃焼器に供給し、圧縮された燃料ガスの温度がガスタービンの運転に最適な温度以下であるときはガスタービンの運転に最適な温度に加温して燃焼器に供給し、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いときは燃料ガスの圧力をガスタービンの運転に最適な圧力に減圧し、ガスタービンの運転に最適な温度に加温して燃焼器に供給する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態に係るガスタービンの燃料ガス供給システムの系統構成図である。図1において、燃料ガス供給源より送られてくる燃料ガスは燃料ガス圧縮系統11に供給される。燃料ガス圧縮系統11は、開閉弁12a、12b、燃料ガス圧縮機13および冷却器14から構成され、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いときに燃料ガスを圧縮し加圧する系統である。
【0010】
なお、本発明で言う燃料ガスに関する「最適な圧力」および「最適な温度」とは以下の状態を言うものとする。すなわち、ガスタービンは起動時、定常運転時、停止時等、各運転状態に応じて、その回転数や負荷量が異なるため、それに必要な燃料量は自ずと決まる。一方、ガスタービンの燃焼器では、燃料ガス供給源からの燃料ガスとガスタービンの圧縮機からの圧縮空気が混合されて燃焼するが、この圧縮空気の圧力はガスタービンの回転数に密接に関係するものである。そのため、ガスタービンを効率よく運転するためには、その運転状況に応じた燃料の供給量とその圧力および温度が決まる。本発明では、これらの各運転状況に対して一番効率よく運転するために必要十分な燃料ガスの圧力とその温度をそれぞれ「最適な圧力」および「最適な温度」という。そして、これらの情報は予め燃料制御装置等に格納され、ガスタービンの運転が行われる。
【0011】
すなわち、燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いときは、開閉弁12a、12bが開かれ、燃料ガス圧縮機13に燃料ガスが供給され、燃料ガス圧縮機13で燃料ガスが加圧される。この燃料ガス圧縮機13の出口側には、開閉弁12bを介して冷却器14が設けられており、燃料ガス圧縮機13で圧縮された燃料ガスを冷却できるようになっている。なお、燃料ガス圧縮系統11には図示省略のフィルタ等により水分やサビなどが除去された燃料ガスが送られる。
【0012】
また、燃料ガス圧縮系統11をバイパスするバイパスライン15が設けられ、このバイパスライン15は減圧弁16および逆止弁17より構成されている。すなわち、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いときには、減圧弁16により燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力に調整され、逆止弁17を介して燃料ガス圧縮系統11の冷却器14の合流点に燃料ガスを供給するようになっている。
【0013】
さらに、燃料ガス加温系統18が設けられており、この燃料ガス加温系統18は開閉弁19a、19bおよび加温器20から構成されている。そして、この燃料ガス加温系統18は、燃料ガス圧縮系統11またはバイパスライン15からの燃料ガスをガスタービンの運転に最適な温度に加温し燃焼器に供給するものであり、加温器20には、燃料ガスを加温する温水として、ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラの節炭器出口からの温水が供給される。この温水により燃料ガスは加温され、熱交換を終えた温水は給水系へ戻されるようになっている。すなわち、加温器20は、一次側を通して流れる燃料ガスを二次側を通して流れる温水により加温するもので、二次側を流れる温水は、排熱回収ボイラの節炭器から開閉弁21を介して供給される温水により加温した後、給水系に制御弁22を介して戻される。
【0014】
この場合、加温器20の温水圧力は燃料ガス圧力よりも高く保つようにしている。これにより、万一の燃料ガスの漏洩が発生した場合に、燃料ガス中に温水が混合してガスタービンが停止するようにしている。従って、漏洩した燃料ガスが温水系統に流入し、温度が上昇することを防止している。
【0015】
燃料ガス加温系統18にはバイパス弁23を有した加温器バイパスライン24が設けられ、燃料ガス加温系統18(加温器20)に流入する燃料ガスの温度がガスタービンの運転に最適な温度であるときは燃料ガス加温系統18(加温器20)をバイパスして燃焼器に燃料ガスを供給するようになっている。
【0016】
また、燃料ガス圧縮系統11の入口には、この系統に供給される燃料ガスの圧力、温度を検出する圧力検出器29と入口温度検出器30が設けられ、その情報はガスタービン燃料制御装置26の燃料ガス温度制御装置27と燃料ガス圧力制御装置28にそれぞれ送られる。また、冷却器14の入口にも圧縮機出口温度検出器31が設けられ、圧縮機を出た燃料ガスの温度を燃料ガス温度制御装置27に送っている。さらに、燃料ガス加温系統18に入口にも加温器入口温度検出器32が設けられ、この系統に入る前の燃料ガス温度の情報を燃料ガス温度制御装置27に送っている。
【0017】
なお、ガスタービン燃料制御装置26には、図示しないガスタービン制御装置からガスタービン運転モード信号が入力されている。一方、燃料ガス温度制御装置27と燃料ガス圧力制御装置28には、ガスタービンの各運転モードとその時に最適な燃料ガスの温度、圧力の情報が予め格納されている。そのため、運転モード信号と実際の燃料ガス温度および圧力に基づいて、燃料ガス温度制御装置27と燃料ガス圧力制御装置28がそれぞれ演算を行い、各弁の開閉制御信号および冷却器の運転制御信号を出力する。
【0018】
以上は説明の便宜上、1系統に相当する燃料ガス供給システムについて説明したが、実際には複数の系統が設けられ、複数の系統に対して燃料ガス供給源より燃料ガスが供給されるようになっている。
【0019】
次に、このように構成されたガスタービンの燃料ガス供給システムでの燃料ガスの供給方法について説明する。一般に、ガスタービンの運転時に燃焼器に供給する最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が燃料ガス供給先のプラントの数により低い場合と高い場合とがある。一方、ガスタービンを運転する場合、ガスタービンの起動時と通常運転時とでは、燃焼器に供給する最適な燃料ガスの温度が異なる。
【0020】
いま、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの温度をTA、ガスタービンの起動時に燃焼器に供給する最適な燃料ガスの温度をTB、ガスタービンの通常運転時に最適な燃料ガスの温度をTCとすると、下記(1)式の関係がある。
【0021】
TA<TB<TC …(1)
ここで、ガスタービンの起動時に最適な燃料ガスの温度TBが通常運転時に最適な燃料ガスの温度TCよりも低く設定されているのは、ガスタービンの起動時の燃焼振動を小さく抑えるためである。このような前提条件を踏まえて、本発明の燃料ガス供給システムでの燃料ガスの供給方法を詳細に説明する。
【0022】
(1)ガスタービンの運転に最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が低い状態でガスタービンを起動する場合。
【0023】
この場合、ガスタービン燃料制御装置26が、圧力検出器29からの情報と予め格納されたガスタービン起動時の最適燃料ガス圧力とを比較し、実際の燃料ガス圧力が低いと判断する。その結果、燃料ガス圧力制御装置28からは開閉弁12a、12bの「開」信号および減圧弁16の「閉」信号が出力される。その結果、バイパスライン15の減圧弁16を閉じ、燃料ガス圧縮機13の入口側および出口側の開閉弁12a,12bを開く。これにより、燃料ガス供給源より温度TAの燃料ガスが燃料ガス圧縮機13に流入する。この燃料ガスは燃料ガス圧縮機13で所定の圧力に加圧され、燃料ガスの温度が上昇する。燃料ガスの温度がガスタービンの起動時に最適な燃料ガスの温度TBよりも高い温度に上昇すると、ガスタービン燃料制御装置26が、冷却器入口温度検出器31からの情報と予め格納されたガスタービン起動時の最適燃料ガス温度とを比較し、燃料ガス温度制御装置27から冷却器14の起動信号が出力されるため、この温度上昇した燃料ガスは冷却器14によりガスタービンの起動時に最適な燃料ガスの温度TBにまで冷却される。この冷却器14により冷却された燃料ガスは、加温器入口温度検出器32からの情報に基づいて燃料ガス温度制御装置27が、開閉弁19a、19bの「閉」信号およびバイパス弁23の「開」信号を出力するため、加温器20の加温器バイパスライン24を通って燃焼器へ供給される。
【0024】
従って、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が低い場合でも、ガスタービンの起動時に最適な温度TBの燃料ガスが最適な圧力で燃焼器に供給されるので、燃焼器の燃焼振動を小さく抑えることができる。
【0025】
(2)ガスタービンの運転に最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が低い状態でガスタービンを定常運転する場合。
【0026】
この場合、ガスタービン燃料制御装置26が、圧力検出器29からの情報と予め格納されたガスタービン定常運転時の最適燃料ガス圧力とを比較し、実際の燃料ガス圧力が低いと判断する。その結果、燃料ガス圧力制御装置28からは開閉弁12a、12bの「開」信号および減圧弁16の「閉」信号が出力される。その結果、上記(1)と同様に、バイパスライン15の減圧弁16を閉じ、燃料ガス圧縮機13の入口側および出口側の開閉弁12a,12bを開く。これにより、燃料ガス供給源より温度TAの燃料ガスが燃料ガス圧縮機13に流入する。この燃料ガスは燃料ガス圧縮機13で所定の圧力に加圧され、燃料ガスの温度が上昇する。
【0027】
このときの燃料ガスの温度は、ガスタービンの定常運転時に最適な燃料ガスの温度TCよりも低い温度である。従って、 ガスタービン燃料制御装置26が、冷却器入口温度検出器31からの情報と予め格納されたガスタービン定常運転時の最適燃料ガス温度とを比較しても、燃料ガス温度制御装置27からは冷却器14の起動信号は出力されないため、冷却器14での冷却は行われず、また、加温器入口温度検出器32からの情報に基づいて燃料ガス温度制御装置27が、開閉弁19a、19bの「開」信号およびバイパス弁23の「閉」信号を出力するため、バイパスライン24のバイパス弁23は閉じられ、開閉弁19a、19bが開く。これにより、燃料ガスは加温器20の一次側に流入する。加温器20の一次側を流れる燃料ガスは、その二次側に排熱回収ボイラの節炭器出口から供給される温度の高い温水により、ガスタービンの定常運転時に最適な温度TCにまで加温されて燃焼器へ供給される。
【0028】
従って、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が低い場合でも、ガスタービンの定常運転時に最適な温度TCの燃料ガスが最適な圧力で燃焼器に供給されるので、ガスタービンを効率良く運転することができる。
【0029】
(3)ガスタービンの運転に最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が高い状態でガスタービンを起動する場合。
【0030】
この場合、ガスタービン燃料制御装置26が、圧力検出器29からの情報と予め格納されたガスタービン起動時の最適燃料ガス圧力とを比較し、実際の燃料ガス圧力が高いと判断する。その結果、燃料ガス圧力制御装置28からは開閉弁12a、12bの「閉」信号および減圧弁16の「開」信号が出力される。その結果、燃料ガス圧縮機13の入口側および出口側の開閉弁2a,2bは閉じ、バイパスラインの減圧弁16を開く。これにより、燃料ガス供給源より温度TAの燃料ガスがバイパスライン15の減圧弁16によりガスタービンの運転時に最適な圧力まで減圧される。減圧により燃料ガスの温度が低下する。
【0031】
そして、加温器入口温度検出器32からの情報に基づいて燃料ガス温度制御装置27は、実際の燃料ガス温度と予め格納されたガスタービン起動時に最適な燃料ガス温度とを比較し、現在の燃料ガス温度がそれより低いと判断するため、開閉弁19a、19bの「開」信号およびバイパス弁23の「閉」信号を出力するため、燃料ガスは加温器20によりガスタービンの起動時に最適な温度TBに加温され燃焼器に供給される。
【0032】
すなわち、加温器20の一次側を流れる燃料ガスは、その二次側に排熱回収ボイラの節炭器出口から供給される温度の高い温水によりガスタービンの起動時に最適な温度TBにまで加温されて燃焼器へ供給される。
【0033】
従って、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が高い場合でも、ガスタービンの起動時に最適な温度TBの燃料ガスが最適な圧力でガス燃焼器に供給されるので、燃焼振動を小さく抑え、かつ燃焼効率を向上させることができる。
【0034】
(4)ガスタービンの運転に最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が高い状態でガスタービンを定常運転する場合。
【0035】
この場合、ガスタービン燃料制御装置26が、圧力検出器29からの情報と予め格納されたガスタービン定常運転時の最適燃料ガス圧力とを比較し、実際の燃料ガス圧力が高いと判断する。その結果、燃料ガス圧力制御装置28からは開閉弁12a、12bの「閉」信号および減圧弁16の「開」信号が出力される。その結果、燃料ガス圧縮機13の入口側および出口側の開閉弁2a,2bは閉じ、バイパスラインの減圧弁16を開く。これにより、燃料ガス供給源より温度TAの燃料ガスがバイパスライン15の減圧弁16によりガスタービンの運転時に最適な圧力まで減圧される。減圧により燃料ガスの温度が低下する。そして、加温器入口温度検出器32からの情報に基づいて燃料ガス温度制御装置27は、実際の燃料ガス温度と予め格納されたガスタービン定常運転時に最適燃料ガス温度とを比較し、現在の燃料ガス温度がそれより低いと判断するため、開閉弁19a、19bの「開」信号およびバイパス弁23の「閉」信号を出力することにより、燃料ガスは加温器20によりガスタービンの通常運転時に最適な温度TCに加温され燃焼器に供給される。
【0036】
すなわち、加温器20の一次側を流れる燃料ガスは、その二次側に排熱回収ボイラの節炭器出口から供給される温度の高い温水によりガスタービンの定常運転時に最適な温度TCにまで加温されて燃焼器へ供給される。従って、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が高い場合でも、ガスタービンの定常運転時に最適な温度TCの燃料ガスを最適な圧力で燃焼器に供給される。
【0037】
以上の説明では、減圧弁16をバイパス系統15に設けたが、図2に示すように、バイパス系統15にはバイパス弁25を設け、減圧弁16を燃料ガス圧縮系統11と燃料ガス加温系統24との間に設けるようにしても良い。この場合には、燃料ガス圧縮系統11で調整しきれなかった燃料ガスの圧力を調整できる。
【0038】
この実施の形態によれば、燃料ガス供給源からガスタービンの燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統に、燃料ガスを加圧する燃料ガス圧縮機13、燃料ガスを減圧する減圧弁16、排熱回収ボイラから供給される温水を利用して燃料ガスを加温する加温器20を設けたので、これらにより燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が変動しても、ガスタービンの起動および定常運転時に最適な温度および圧力の燃料ガスを燃焼器に供給できる。
【0039】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ガスタービンの起動および定常運転時に最適な温度および圧力の燃料ガスを燃焼器に供給することができる安全性の高いガスタービンの燃料供給システムと方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るガスタービンの燃料供給システムの系統構成図。
【図2】本発明の実施の形態に係るガスタービンの燃料供給システムの他の一例を示す系統構成図。
【符号の説明】
11…燃料ガス圧縮系統、12…開閉弁、13…燃料ガス圧縮機、14…冷却器、15…バイパスライン、16…減圧弁、17…逆止弁、18…燃料ガス加温系統、19…開閉弁、20…加温器、21…開閉弁、22…制御弁、23…バイパス弁、24…加温器バイパスライン、25…バイパス弁、26…ガスタービン燃料制御装置、27…燃料ガス温度制御装置、28…燃料ガス圧力制御装置、29…圧力検出器、30…入口温度検出器、31…圧縮機出口温度検出器、32…加温器入口温度検出器、33…ガスタービン運転モード信号
Claims (4)
- 燃料ガス供給源よりガスタービンの燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給システムにおいて、前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いとき燃料ガスを圧縮し前記ガスタービンの運転に最適な圧力に加圧する燃料ガス圧縮機と、前記燃料ガス圧縮機の出口側に設けられ前記燃料ガス圧縮機で圧縮された燃料ガスを冷却する冷却器と、前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いとき前記燃料ガス圧縮機および前記冷却器をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いとき前記燃料ガスの圧力を前記ガスタービンの運転に最適な圧力に減圧する減圧弁と、前記燃料ガスを温水により前記ガスタービンの運転に最適な温度に加温し前記燃焼器に供給する加温器と、前記加温器に流入する燃料ガスの温度が前記ガスタービンの運転に最適な温度であるときは前記加温器をバイパスする加温器バイパスラインとを備えたことを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システム。
- 燃料ガス供給源よりガスタービンの燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給システムにおいて、前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いとき燃料ガスを圧縮し前記ガスタービンの運転に最適な圧力に加圧する燃料ガス圧縮機と、前記燃料ガス圧縮機の出口側に設けられ前記燃料ガス圧縮機で圧縮された燃料ガスを冷却する冷却器と、前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いとき前記燃料ガス圧縮機および前記冷却器をバイパスするバイパスラインと、前記冷却器または前記バイパスラインより流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いとき前記燃料ガスの圧力を前記ガスタービンの運転に最適な圧力に減圧する減圧弁と、前記燃料ガスを温水により前記ガスタービンの運転に最適な温度に加温し前記燃焼器に供給する加温器と、前記加温器に流入する燃料ガスの温度が前記ガスタービンの運転に最適な温度であるときは前記加温器をバイパスする加温器バイパスラインとを備えたことを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システム。
- 前記加温器で燃料ガスを加温する温水は、前記ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラの節炭器出口から供給され、熱交換を終えた温水を給水系へ戻すようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のガスタービンの燃料ガス供給システム。
- 燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いとき燃料ガスを圧縮してガスタービンの運転に最適な圧力に加圧し、圧縮された燃料ガスの温度がガスタービンの運転に最適な温度を超えるときは燃料ガスを冷却して燃焼器に供給し、圧縮された燃料ガスの温度がガスタービンの運転に最適な温度以下であるときはガスタービンの運転に最適な温度に加温して燃焼器に供給し、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いとき燃料ガスの圧力をガスタービンの運転に最適な圧力に減圧し、ガスタービンの運転に最適な温度に加温して燃焼器に供給するガスタービンの燃料ガス供給方法。
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CN101555835A (zh) * | 2008-04-07 | 2009-10-14 | 通用电气公司 | 用于控制燃气涡轮发动机的负载点的控制方法及*** |
WO2020230485A1 (ja) * | 2019-05-13 | 2020-11-19 | 三菱パワー株式会社 | 燃料ガス供給装置および方法 |
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