CN114345917B - 一种新型原位注入蒸气热脱棒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型原位注入蒸气热脱棒，涉及污染土壤修复技术领域，包括从上至下依次连接的分区组合式输入端头、若干中部连接器和底部保护器(5)，还包括若干水汽耦合注入激发元件，水汽耦合注入激发元件可选择性的设置在任意所述中部连接器的下方；分区组合式输入端头上设有高压气进口、若干成对设置的导热油入口和导热油出口、若干成对设置的热水入口和热水出口；水汽耦合注入激发元件设有若干气液喷射孔；本发明为装配式结构，可根据实际场地的修复深度灵活增减水汽耦合注入激发元件，可循环使用，其可以使处理有机土壤的蒸汽能够原位生成并充分均匀的喷射到有机污染土中，实现了低碳、节能修复有机污染场地的目标。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体是一种新型原位注入蒸气热脱棒。
背景技术
我国土壤污染极其严重，是伴随工业化、城市化的发展而出现的，工业化和城市化在促进经济、社会发展的同时，也造成了严重的环境污染，其中土壤污染问题也日益凸显。2014年，环保部与国土部共同发布了《全国土壤污染状况调查公报》，结果显示，我国土壤总的超标率为16.1％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2％、2.3％、1.5％和1.1％。从污染类别来看，超标的有机污染物主要为HCH、DDT、PAHs的3类，点位超标率分别为0.5％、1.9％、1.4％。有机污染物在土壤中的赋存会威胁土壤、地下水环境，成为潜在“污染炸弹”，进而有机污染物在土壤中残留，会通过食物链积累、放大或与大气交换，危害人体、动植物的健康。
根据我国生态环境部《污染场地修复技术应用指南》，土壤修复技术按照处置场所、原理、修复方式、污染物存在介质等方面不同，可有多种分类方法，如固化/稳定化、氧化还原、水泥窑协同处置、气相抽提。其中，按照处置场所，又可分为原位修复和异位修复技术；按照修复技术原理，可分为生物、物理、化学和物理化学修复技术。目前修复过程中以异位、化学修复为主。因此亟待开发绿色、原位的快速修复集数。
土壤蒸汽浸提技术利用蒸汽与有机污染土土壤接触，蒸汽解吸并带土壤空隙中的有机污染物，去除土壤中挥发性有机污染物的一种原位修复技术，土壤蒸汽浸提技术可操作性强，处理有机物范围宽，不破坏土壤结构，不产生污染物的特点。目前，对于蒸汽注入土体内一般在地面上利用蒸汽发生器等类似装置产生水蒸气，进而通过输运装置将水蒸气运输至土体内。土壤蒸汽浸提技术目前国内研究的较少，欧美开展了大量的研究，均采用异位生成蒸汽的方法，这些技术描述可见文献(Abd Rahman et al.,2016；Mumford et al.,2021；Peng et al.,2013)。但是，异位生成热蒸汽并输运至土体内的方法会导致热损失较大，浪费能源，文献中许多水蒸气的热损失率在50％左右，甚至有的工程应用中水蒸气在土体内快速冷凝。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的问题，提供一种新型原位注入蒸气热脱棒，本发明可原位产生丰富的蒸汽，使处理有机土壤的蒸汽能够充分均匀的喷射到有机污染土中，避免了输运过程的热损失，是一种高效可持续的蒸汽生成方法。
技术方案：
一种新型原位注入蒸气热脱棒，包括从上至下依次连接的分区组合式输入端头、若干中部连接器和底部保护器，还包括若干水汽耦合注入激发元件，所述水汽耦合注入激发元件可选择性的设置在任意所述中部连接器的下方；所述分区组合式输入端头上设有高压气进口、若干成对设置的导热油入口和导热油出口、若干成对设置的热水入口和热水出口；
所述中部连接器内设有上下贯通的第一高压气通孔、若干第一导热油通孔、若干第二导热油通孔、若干第一热水通孔和若干第二热水通孔；相邻所述第一导热油通孔和第二导热油通孔通过第一连接孔连通，相邻所述第一热水通孔和第二热水通孔通过第二连接孔连通；
所述水汽耦合注入激发元件内开设有上下贯通的第二高压气通孔、若干第三导热油通孔、若干第四导热油通孔、若干第三热水通孔和若干第四热水通孔；所述水汽耦合注入激发元件内均匀设有若干横向设置的气液喷射孔，所述气液喷射孔的出口端设置的所述水汽耦合注入激发元件的侧面上，所述气液喷射孔的进口端与所述第二高压气通孔连通，所述气液喷射孔的中部与所述第三热水通孔或第四热水通孔连通；
所述高压气进口、第一高压气通孔和第二高压气通孔对应连通，所述导热油入口、第一导热油通孔和第三导热油通孔对应连通，所述导热油出口、第二导热油通孔和第四导热油通孔对应连通，所述热水入口、第一热水通孔和第三热水通孔对应连通，所述热水出口、第二热水通孔和第四热水通孔对应连通。
进一步的，所述气液喷射孔为Y型通孔，包括两个进口端和一个出口端；两所述进口端分别与所述第二高压气通孔连通，第三热水通孔或第四热水通孔通过横向设置的第三连接管与相邻所述气液喷射孔的进口端与出口端的连接处连通。
进一步的，所述气液喷射口的所述气液喷射孔的出口端为喇叭状。
进一步的，所述底部保护器与相邻的中部连接器连接的端面为封闭面。
进一步的，所述分区组合式输入端头的外侧设有环状安装板，所述安装板用于将气液注入热脱棒安装于热脱附箱体上，所述安装板上设有若干通孔；所述安装板位于所述导热油入口、导热油出口、高压气入口、热水入口、热水出口的下方。
进一步的，所述分区组合式输入端头、中部连接器、水汽耦合注入激发元件和底部保护器之间通过法兰连接。
进一步的，所述导热油入口、所述导热油出口、所述热水入口、所述热水出口均为两个；
所述中部连接器内的第一导热油通孔、第二导热油通孔、第一热水通孔、第二热水通孔均为两个；所述第一高压气通孔设置在所述中部连接器的中部；所述第一导热油通孔、第二导热油通孔、第一热水通孔和第二热水通孔均匀分布在所述第一高压气通孔的四周；
所述水汽耦合注入激发元件的第三导热油通孔、第四导热油通孔、第三热水通孔、第四热水通孔均为两个；第二高压气通孔设置在所述水汽耦合注入激发元件的中部；所述第三导热油通孔、第四导热油通孔、第三热水通孔和第四热水通孔分布在所述第二高压气通孔的四周；所述水汽耦合注入激发元件上的气液喷射孔为四个。
进一步的，所述中部连接器为4个，分别为第一中部连接器、第二中部连接器、第三中部连接器和第四中部连接器；所述水汽耦合注入激发元件为三个，分别为第一水汽耦合注入激发元件、第二水汽耦合注入激发元件和第三水汽耦合注入激发元件，且分别设置在第二中部连接器、第三中部连接器和第四中部连接器的下侧；
所述分区组合式输入端头与第一中部连接器连接处的外侧设有四个第一连接板，所述第一连接板的上下两端分别通过螺栓与所述分区组合式输入端头与第一中部连接器固定；
所述第一中部连接器和第二中部连接器连接处的外侧均设有四个第二连接板，所述第二连接板的上下两端分别通过螺栓与所述第一中部连接器和第二中部连接器固定；
所述第二中部连接器和第三中部连接器连接处的外侧设有第三连接板，所述第三连接板的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第二中部连接器、第一水汽耦合注入激发元件、第三中部连接器固定，所述第三连接板上设有与第一水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第二通孔；
所述第三中部连接器和第四中部连接器连接处的外侧设有第四连接板，所述第四连接板的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第三中部连接器、第二水汽耦合注入激发元件、第四中部连接器固定，所述第四连接板上设有与第二水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第三通孔；
所述第四中部连接器和底部连接器连接处的外侧设有第五连接板，所述第五连接板的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第四中部连接器、第三水汽耦合注入激发元件、底部连接器固定，所述第五连接板上设有与第三水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第四通孔。
有益效果：
(1)中部联接器用来连接各个水汽耦合注入激发元件，可使气液注入热脱棒的高度与盛放有机污染土箱体的高度匹配，使水蒸汽均匀到达盛放有机污染土的箱体内。中部联接器也可以根据需要增加两水汽耦合注入激发元件之间的距离，避免两水汽耦合注入激发元件距离过近造成蒸汽的浪费。
(2)气液喷射孔均匀设置在水汽耦合注入激发元件内，当气液注入热脱棒设置在盛放有机污染土的中间位置时，均匀设置的所述气液喷射孔可将蒸汽均匀喷射到气液注入热脱棒的四周。
(3)所述气液喷射孔为Y型通孔，两个进口端，一个出口端，可进一步加压高压气-热水两相，Y型通孔的中心连接处压力大于“Y型”通孔出口端的压力，可利用压力梯度差异实现闭气作用，达到水蒸汽只射出不冷凝回流的功能。高压空气和Y型通孔的设计都可以增加蒸汽喷射的距离，使蒸汽到达箱体的内壁。
(4)Y型通孔的出口端为喇叭状，通过不同开口幅度的出口端可调节喷射角度。
(5)新型原位注入蒸气热脱棒采用装配式结构，可根据修复深度灵活增减水汽耦合注入激发元件；并可循环使用，在场地内建设保护井，进而安装该装置，避免深部土体的侧向土压力对该装置产生损伤，影响其循环使用寿命。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视结构示意图；
图3为本发明分区组合式输入端头的结构示意图；
图4为本发明中部连接器的立体结构示意图；
图5为本发明中部连接器的主视结构示意图；
图6为本发明水汽耦合注入激发元件的立体结构示意图；
图7为本发明水汽耦合注入激发元件的主视结构示意图；
图中标号：分区组合式输入端头-1；中部连接器-2；第一高压气通孔-201；第一导热油通孔-202；第二导热油通孔-203；第一热水通孔-204；第二热水通孔-205；第一连接孔-206；第二连接孔-207；水汽耦合注入激发元件-3；第二高压气通孔-301；第三导热油通孔-302；第四导热油通孔-303；第三热水通孔-304；第四热水通孔-305；气液喷射孔-306；第一连接板-401；第二连接板-402；第三连接板-403；第四连接板-404；第五连接板-405；底部保护器-5。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。
如图1-图7所示，一种新型原位注入蒸气热脱棒，包括从上至下依次连接的分区组合式输入端头1、若干中部连接器2和底部保护器5，还包括若干水汽耦合注入激发元件3，所述中部连接器2为4个，分别为第一中部连接器、第二中部连接器、第三中部连接器和第四中部连接器；所述水汽耦合注入激发元件3为三个，分别为第一水汽耦合注入激发元件、第二水汽耦合注入激发元件和第三水汽耦合注入激发元件，且分别设置在第二中部连接器、第三中部连接器和第四中部连接器的下侧；
所述分区组合式输入端头1、中部连接器2、水汽耦合注入激发元件3和底部保护器5之间通过法兰连接；除了法兰连接之外，所述分区组合式输入端头1与第一中部连接器连接处的外侧设有四个第一连接板401，所述第一连接板401的上下两端分别通过螺栓与所述分区组合式输入端头与第一中部连接器固定；
所述第一中部连接器和第二中部连接器连接处的外侧均设有四个第二连接板402，所述第二连接板402的上下两端分别通过螺栓与所述第一中部连接器和第二中部连接器固定；
所述第二中部连接器和第三中部连接器连接处的外侧设有第三连接板403，所述第三连接板403的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第二中部连接器、第一水汽耦合注入激发元件、第三中部连接器固定，所述第三连接板403上设有与第一水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第二通孔；
所述第三中部连接器和第四中部连接器连接处的外侧设有第四连接板404，所述第四连接板404的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第三中部连接器、第二水汽耦合注入激发元件、第四中部连接器固定，所述第四连接板404上设有与第二水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第三通孔；
所述第四中部连接器和底部连接器连接处的外侧设有第五连接板405，所述第五连接板405的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第四中部连接器、第三水汽耦合注入激发元件、底部连接器固定，所述第五连接板405上设有与第三水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第四通孔。
所述分区组合式输入端头1上设有高压气进口、两个导热油入口、两个导热油出口、两个热水入口和两个热水出口；所述分区组合式输入端头1的外侧设有环状安装板，所述安装板用于将气液注入热脱棒安装于热脱附箱体上，所述安装板上设有若干通孔；所述安装板位于所述导热油入口、导热油出口、高压气入口、热水入口、热水出口的下方。
所述中部连接器2内设有上下贯通的一个第一高压气通孔201、两个第一导热油通孔202、两个第二导热油通孔203、两个第一热水通孔204和两个第二热水通孔205；相邻所述第一导热油通孔202和第二导热油通孔203通过第一连接孔206连通，相邻所述第一热水通孔204和第二热水通孔205通过第二连接孔207连通；所述第一高压气通孔201设置在所述中部连接器2的中部；所述第一导热油通孔202、第二导热油通孔203、第一热水通孔204和第二热水通孔205均匀分布在所述第一高压气通孔201的四周；
所述水汽耦合注入激发元件3内开设有上下贯通的一个第二高压气通孔301、两个第三导热油通孔302、两个第四导热油通孔303、两个第三热水通孔304和两个第四热水通孔305；第二高压气通孔301设置在所述水汽耦合注入激发元件3的中部；所述第三导热油通孔302、第四导热油通孔303、第三热水通孔304和第四热水通孔305分布在所述第二高压气通孔301的四周；所述水汽耦合注入激发元件3内均匀设有4个横向设置的气液喷射孔306，所述气液喷射孔306为Y型通孔，包括两个进口端和一个出口端；所述气液喷射孔306的出口端设置的所述水汽耦合注入激发元件3的侧面上，所述气液喷射孔306的进口端与所述第二高压气通孔301连通，两所述进口端分别与所述第二高压气通孔301连通，第三热水通孔304或第四热水通孔305通过横向设置的第三连接管与相邻所述气液喷射孔306的进口端与出口端的连接处连通；所述气液喷射孔306的出口端的为喇叭状。
所述高压气进口、第一高压气通孔201和第二高压气通孔301对应连通，所述导热油入口、第一导热油通孔202和第三导热油通孔302对应连通，所述导热油出口、第二导热油通孔203和第四导热油通孔303对应连通，所述热水入口、第一热水通孔204和第三热水通孔304对应连通，所述热水出口、第二热水通孔205和第四热水通孔305对应连通。
所述底部保护器5与相邻的中部连接器2连接的端面为封闭面。
导热油从分区组合式输入端头的导热油入口进入中部连接器的第一导热油通孔和所述水汽耦合注入激发元件内的第三导热油通孔，中部连接器的第一导热油通孔与第二导热油通孔又通过第一连接孔连通，使导热油进入中部连接器的第二导热油通孔和所述水汽耦合注入激发元件内的第四导热油通孔后从导热油出口流出；
热水从分区组合式输入端头的热水入口进入中部连接器的第一热水通孔和所述水汽耦合注入激发元件内的第三热水通孔，中部连接器的第一热水通孔与第二热水通孔又通过第二连接孔连通，使热水进入中部连接器的第二导热油通孔和所述水汽耦合注入激发元件内的第四导热油通孔，一部分热水进入所述水汽耦合注入激发元件的气液喷射孔在高压空气的带动下从气液喷射孔的出口端喷出，一部分热水从热水出口排出。
所述中部连接器、水汽耦合注入激发元件可装配式组合，现场应用过程中，根据实际修复深度，灵活设置多节水汽耦合注入激发元件，保证深部污染区域可喷射修复。中部联接器用来连接各个水汽耦合注入激发元件，可使气液注入热脱棒的高度与有机污染土的深度匹配，使水蒸汽均匀到达盛放有机污染土。中部联接器也可以根据需要增加两水汽耦合注入激发元件之间的距离，避免两水汽耦合注入激发元件距离过近造成蒸汽的浪费。
所述气液喷射孔均匀设置在水汽耦合注入激发元件内，当气液注入热脱棒设置在盛放有机污染土的中间位置时，均匀设置的所述气液喷射孔可将蒸汽均匀喷射到气液注入热脱棒的四周。
所述气液喷射孔为Y型通孔，两个进口端，一个出口端，可进一步加压高压气-热水两相，Y型通孔的中心连接处压力大于“Y型”通孔出口端的压力，可利用压力梯度差异实现闭气作用，达到水蒸汽只射出不冷凝回流的功能。高压空气和Y型通孔的设计都可以增加蒸汽喷射的距离，使蒸汽到达箱体的内壁。
Y型通孔的出口端为喇叭状，通过不同开口幅度的出口端可调节喷射角度。
分区组合式输入端头、中部连接器、水汽耦合注入激发元件和底部保护器之间除了法兰连接之外，还用连接板进行加固连接，进一步防止各部件脱离。
所述分区组合式输入端头、中部连接器、水汽耦合注入激发元件和底部保护器构成的整体呈骨节状，为保证现场原位应用时，特别是应用于较深部有机污染土修复的区域时，新型原位注入蒸气热脱棒的工作稳定性，需要对注入点位建井处理，保证土体稳定性，防止土体侧向压力损伤新型原位注入蒸气热脱棒；建井过程中利用Geoprobe将多孔的、高强度的、耐腐蚀的ABS塑料管井预设至修复范围内，使其既可以稳定土层，保护新型原位注入蒸气热脱棒，并且可以作为后续修复监测点位或补充修复的二次点位。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (8)
1.一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，包括从上至下依次连接的分区组合式输入端头(1)、若干中部连接器(2)和底部保护器(5)，还包括若干水汽耦合注入激发元件(3)，所述水汽耦合注入激发元件(3)可选择性的设置在任意所述中部连接器(2)的下方；所述分区组合式输入端头(1)上设有高压气进口、若干成对设置的导热油入口和导热油出口、若干成对设置的热水入口和热水出口；
所述中部连接器(2)内设有上下贯通的第一高压气通孔(201)、若干第一导热油通孔(202)、若干第二导热油通孔(203)、若干第一热水通孔(204)和若干第二热水通孔(205)；相邻所述第一导热油通孔(202)和第二导热油通孔(203)通过第一连接孔(206)连通，相邻所述第一热水通孔(204)和第二热水通孔(205)通过第二连接孔(207)连通；
所述水汽耦合注入激发元件(3)内开设有上下贯通的第二高压气通孔(301)、若干第三导热油通孔(302)、若干第四导热油通孔(303)、若干第三热水通孔(304)和若干第四热水通孔(305)；所述水汽耦合注入激发元件(3)内均匀设有若干横向设置的气液喷射孔(306)，所述气液喷射孔(306)的出口端设置的所述水汽耦合注入激发元件(3)的侧面上，所述气液喷射孔的进口端与所述第二高压气通孔(301)连通，所述气液喷射孔(306)的中部与所述第三热水通孔(304)或第四热水通孔(305)连通；
所述高压气进口、第一高压气通孔(201)和第二高压气通孔(301)对应连通，所述导热油入口、第一导热油通孔(202)和第三导热油通孔(302)对应连通，所述导热油出口、第二导热油通孔(203)和第四导热油通孔(303)对应连通，所述热水入口、第一热水通孔(204)和第三热水通孔(304)对应连通，所述热水出口、第二热水通孔(205)和第四热水通孔(305)对应连通。
2.根据权利要求1所述的一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，所述气液喷射孔(306)为Y型通孔，包括两个进口端和一个出口端；两所述进口端分别与所述第二高压气通孔(301)连通，第三热水通孔(304)或第四热水通孔(305)通过横向设置的第三连接管与相邻所述气液喷射孔(306)的进口端与出口端的连接处连通。
3.根据权利要求2所述的一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，所述气液喷射孔(306)的出口端为喇叭状。
4.根据权利要求1所述的一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，所述底部保护器(5)与相邻的中部连接器(2)连接的端面为封闭面。
5.根据权利要求1所述的一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，所述分区组合式输入端头(1)的外侧设有环状安装板，所述安装板用于将气液注入热脱棒安装于热脱附箱体上，所述安装板上设有若干通孔；所述安装板位于所述导热油入口、导热油出口、高压气入口、热水入口、热水出口的下方。
6.根据权利要求1所述的一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，所述分区组合式输入端头(1)、中部连接器(2)、水汽耦合注入激发元件(3)和底部保护器(5)之间通过法兰连接。
7.根据权利要求2所述的一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，所述导热油入口、所述导热油出口、所述热水入口、所述热水出口均为两个；
所述中部连接器(2)内的第一导热油通孔(202)、第二导热油通孔(203)、第一热水通孔(204)、第二热水通孔(205)均为两个；所述第一高压气通孔(201)设置在所述中部连接器(2)的中部；所述第一导热油通孔(202)、第二导热油通孔(203)、第一热水通孔(204)和第二热水通孔(205)均匀分布在所述第一高压气通孔(201)的四周；
所述水汽耦合注入激发元件(3)的第三导热油通孔(302)、第四导热油通孔(303)、第三热水通孔(304)、第四热水通孔(305)均为两个；第二高压气通孔(301)设置在所述水汽耦合注入激发元件(3)的中部；所述第三导热油通孔(302)、第四导热油通孔(303)、第三热水通孔(304)和第四热水通孔(305)分布在所述第二高压气通孔(301)的四周；所述水汽耦合注入激发元件(3)上的气液喷射孔(306)为四个。
8.根据权利要求6所述的一种新型原位注入蒸气热脱棒，其特征在于，所述中部连接器(2)为4个，分别为第一中部连接器、第二中部连接器、第三中部连接器和第四中部连接器；所述水汽耦合注入激发元件(3)为三个，分别为第一水汽耦合注入激发元件、第二水汽耦合注入激发元件和第三水汽耦合注入激发元件，且分别设置在第二中部连接器、第三中部连接器和第四中部连接器的下侧；
所述分区组合式输入端头(1)与第一中部连接器连接处的外侧设有四个第一连接板(401)，所述第一连接板(401)的上下两端分别通过螺栓与所述分区组合式输入端头与第一中部连接器固定；
所述第一中部连接器和第二中部连接器连接处的外侧均设有四个第二连接板(402)，所述第二连接板(402)的上下两端分别通过螺栓与所述第一中部连接器和第二中部连接器固定；
所述第二中部连接器和第三中部连接器连接处的外侧设有第三连接板(403)，所述第三连接板(403)的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第二中部连接器、第一水汽耦合注入激发元件、第三中部连接器固定，所述第三连接板(403)上设有与第一水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第二通孔；
所述第三中部连接器和第四中部连接器连接处的外侧设有第四连接板(404)，所述第四连接板(404)的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第三中部连接器、第二水汽耦合注入激发元件、第四中部连接器固定，所述第四连接板(404)上设有与第二水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第三通孔；
所述第四中部连接器和底部连接器连接处的外侧设有第五连接板(405)，所述第五连接板(405)的上端、中部、下端分别通过螺栓与所述第四中部连接器、第三水汽耦合注入激发元件、底部连接器固定，所述第五连接板(405)上设有与第三水汽耦合注入激发元件上气液喷射孔的出口端对应的第四通孔。
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