CN114712945A - 除砂装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及油气开发技术领域,公开了一种除砂装置,其中气液分离器位于集液罐的内部,旋流器位于气液分离器的内部,集液罐、气液分离器和旋流器的内部相互连通;进料管道和气液分离器的内部连通,以使待除砂气液两相流通过进料管道进入气液分离器进行一级气液分离,再进入旋流器进行二级气液分离后排出气相;集砂罐位于集液罐下方,并与集液罐相连,以收集分离出的固液混合物。本申请提供的除砂装置,可以提高气相的除砂效果。
Description
技术领域
本申请涉及油气开发技术领域,具体涉及一种除砂装置。
背景技术
在天然气以及页岩气的井口生产流程中,常采用过滤式除砂器或者旋流式除砂器进行除砂,以脱除气液两相流中含有的砂粒,经除砂后的气液两相流再进行气液分离。由于砂粒在管道和设备中高速运动会对生产设施造成严重的冲刷腐蚀现象,严重时引进管道或阀门的穿孔,同时,由于设备运行压力较高,排砂时砂粒高速冲刷排污管道和弯头的内壁面,还会造成壁厚减薄加剧甚至穿孔。因此,除砂器的效率将对生产设施的安全起到关键作用。
相关技术中,过滤式除砂器常采用滤砂筒或筛管作为过滤元件,以过滤元件上细小的虑缝对流体进行过滤,气液两相流从过滤元件的外部流进内部,直径大于滤缝宽度的砂粒被截留,并定期排出。旋流式除砂器在离心力的作用下利用两相或多相间的密度差实现除砂,除砂后的气液两相流直接进入后续流程。
在实现本申请的过程中,发明人发现相关技术至少存在以下问题:
过滤式除砂器难以兼顾除砂精度和除砂效率,如果虑缝尺寸过大会影响除砂精度,而如果虑缝尺寸过小又会增加过滤式除砂器被堵塞的风险,影响除砂效率;而旋流式除砂器排出的气液两相流中,一般还会具有较多的固体砂粒。由此可见,现有的除砂装置的除砂效果并不理想。
发明内容
有鉴于此,本申请提供一种除砂装置,可以提高气相的除砂效果。具体而言,包括以下的技术方案:
本申请实施例提供了一种除砂装置,所述除砂装置包括集液罐、气液分离器、旋流器、进料管道和集砂罐;
所述气液分离器位于所述集液罐的内部,所述旋流器位于所述气液分离器的内部,所述集液罐、所述气液分离器和所述旋流器的内部相互连通;
所述进料管道和所述气液分离器的内部连通,以使待除砂气液两相流通过所述进料管道进入所述气液分离器进行一级气液分离,再进入所述旋流器进行二级气液分离后排出气相;
所述集砂罐位于所述集液罐下方,并与所述集液罐相连,以收集分离出的固液混合物。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括管道过滤器;
所述管道过滤器和所述集液罐的内部连通,以使进行二级气液分离后的气相经所述管道过滤器后排出。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括封盖;
所述封盖与所述气液分离器和所述旋流器的顶端相连,所述封盖上具有对准所述管道过滤器的开口。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括导流板;
所述导流板位于所述气液分离器中对应所述进料管道的出口端的内壁处,所述进料管道的出口端和所述气液分离器的外壁相切,所述导流板引导所述待除砂气液两相流旋转向下运动。
本申请实施例的一种实现方式中,所述旋流器的底端具有液相出口,所述液相出口对准所述气液分离器的出口端。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括降液管;
所述降液管位于所述集液罐的内部,所述降液管的一端与所述气液分离器的出口端相连,另一端对准所述集液罐的排砂口。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括液位变送器和液位调节阀;
所述液位变送器和液位调节阀与集液罐相连,以保持所述集液罐内的液位高于所述降液管的底端。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括导流管道和冲水管道;
所述导流管道和所述集砂罐的内部连通;
所述冲水管道和所述集砂罐的底端相连,所述冲水管道的出口端对准所述导流管道位于所述集砂罐内部的一端。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括排砂切断阀;
所述排砂切断阀连接在所述集液罐和所述集砂罐之间;
在所述冲水管道向所述集砂罐的内部冲水之前关闭,使所述集液罐和所述集砂罐之间的连通断开。
本申请实施例的一种实现方式中,所述除砂装置还包括泄压阀;
所述泄压阀和所述集砂罐的内部连通;
在所述冲水管道向所述集砂罐的内部冲水之前打开,使所述集砂罐内部的压力降至常压。
本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括:
本申请实施例提供的除砂装置,经进料管道提供的待除砂气液两相流依次经过气液分离器的一级气液分离以及旋流器的二级气液分离后,排出气相,将分离出的固液混合物暂存在集砂罐内,从而可以有效地分离待除砂气液两相流中的气相和液相,提高了气相的除砂效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请实施例提供的一种除砂装置的正视结构示意图;
图2示出了图1中A-A处的剖视结构示意图。
图中的附图标记分别表示:
1、集液罐;1-1、筒体;1-2、封头;1-3、气相出口;2、气液分离器;3、旋流器;3-1、气相入口;3-2、液相出口;4、进料管道;5、集砂罐;5-1、冲水口;6、管道过滤器;7、封盖;8、导流板;9、排砂口;10、降液管;11、液位变送器;12、液位调节阀;13、导流管道;14、冲水管道;15、排砂切断阀;15-1、第一排砂切断阀;15-2、第二排砂切断阀;16、泄压阀;17、外部水泵;18、第一冲水阀;19、限流孔板;20、第二冲水阀;21、第三冲水阀;22、排砂阀。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为使本申请的技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对该除砂装置的结构、功能和优点等进行详细描述。
本申请实施例提供的除砂装置,如图1所示,包括集液罐1、气液分离器2、旋流器3、进料管道4和集砂罐5。
其中,气液分离器2位于集液罐1的内部,旋流器3位于气液分离器2的内部,集液罐1、气液分离器2和旋流器3的内部相互连通。
进料管道4和气液分离器2的内部连通,以使待除砂气液两相流通过进料管道4进入气液分离器2进行一级气液分离,再进入旋流器3进行二级气液分离后排出气相。
集砂罐5位于集液罐1下方,并与集液罐1相连,以收集分离出的固液混合物。
在过往的除砂研究中,通过在生产井站对现有除砂器的进口、出口处的物料流进行在线取样分析,结果表明物料流中的砂粒基本只分布于液相中,而气相中几乎无砂粒检出。因此,有效地将气液两相进行分离,固相的砂粒也将随液相的分离而有效地从气相中脱除,从而可以提高气相的除砂效果。
本申请实施例提供的除砂装置,经进料管道4提供的待除砂气液两相流依次经过气液分离器2的一级气液分离以及旋流器3的二级气液分离后,排出气相,将分离出的固液混合物暂存在集砂罐5内,从而可以有效地分离待除砂气液两相流中的气相和液相,提高了气相的除砂效果。
可选地,如图1所示,除砂装置还可包括管道过滤器6。该管道过滤器6可与集液罐1的内部连通,以使进行二级气液分离后的气相经管道过滤器6后排出。
本申请实施例中,如图1所示,集液罐1可包括筒体1-1和封头1-2,该筒体1-1和封头1-2之间可采用法兰进行密封,以便于检查维修时打开该集液罐1。封头1-2的中央位置可设置有气相出口1-3,管道过滤器6可通过该气相出口1-3与集液罐1的内部连通。
对经过两级气液分离后的排出的气相,该管道过滤器6可以滤除气相中残存的极少量砂粒,得到深度脱液脱砂的气相产物。利用管道过滤器6对经过两级气液分离后的气相进行除砂,不但可以进一步提高气相的除砂效果,还可以有效降低管道过滤器6的堵塞风险。
可选地,如图1所示,除砂装置还可包括封盖7。封盖7可与气液分离器2和旋流器3的顶端相连,封盖7上可具有对准管道过滤器6的开口(图中未示出)。
本申请实施例中,气液分离器2和旋流器3可均通过螺栓与封盖7相连,封盖7可完全覆盖气液分离器2和旋流器3的顶端,以将气液分离器2和旋流器3的顶端密封。
如图1所示,集液罐1、气液分离器2和旋流器3之间可同轴布置,气相出口1-3、管道过滤器6以及封盖7上的开口均位于中心轴上,从而可以提高气相的排出效率。
可选地,如图1和图2所示,进料管道4的出口端可与气液分离器2的外壁相切。气液分离器2对应进料管道4的出口端的内壁处可具有导流板8,导流板8可引导待除砂气液两相流旋转向下运动。
本申请实施例中,进料管道4可位于集液罐1的筒体1-1的中部,且进料管道4的出口端可穿过集液罐1的筒壁伸入至集液罐1的内部。
气液分离器2上可设置有进料口,进料管道4的出口端可与该进料口对接。并且,该进料管道4的出口端的端面可为椭圆面,以使该进料管道4提供的待除砂气液两相流在进料口处沿切向进入气液分离器2,并在离心力和重力作用下进行一级气液分离。
导流板8可沿气液分离器2的内壁设置,该导流板8位于气液分离器2的进料口的周围,并沿该待除砂气液两相流的来流方向延伸。也即,该导流板8的第一端紧靠气液分离器2的进料口,另一端沿待除砂气液两相流的来流方向远离该进料口。
进一步地,为使该导流板8可引导待除砂气液两相流旋转向下运动,导流板8可沿气液分离器2的内壁旋转向下延伸。换言之,导流板8的第二端相对于导流板8的第一端靠近该气液分离器2的底端。
本申请的一些实施例中,该导流板8可焊接在气液分离器2的内壁上。且该导流板8的内表面上可设置螺旋向下的纹路,以便延长气液两相流的流动路径,达到更好地分离效果。进一步地,导流板8的内表面上可平行布置多条纹路。
气液分离器2可脱除待除砂气液两相流中大部分的液相和固相的砂粒,液固两相从集液罐1的底部流向集砂罐5,而经一级气液分离的气相进入旋流器3的内部,进行二级气液分离。这特别适用于段塞流管道中一段气柱、一段液柱交替出现的气液两相流动状态频繁出现的气液两相流除砂,可以有效避免段塞流引起的旋流除砂设备运行压力剧烈波动的问题。
本申请实施例中,如图1和2所示,旋流器3的上部可具有气相入口3-1,其中旋流器3的上部可指旋流器3的顶端与旋流器3的中部之间的位置。该气相入口3-1的开口方向可以使气相沿切向进入旋流器3,经一级气液分离的气相可通过该气相入口3-1进入旋流器3的内部,进行二级气液分离。二级气液分离的精度大于一级气液分离的精度。
旋流器3可将具有一定密度差的混合物在离心力的作用下进行分离。本申请中,经一级气液分离的气相在一定的压力下切向进入旋流器3后,将产生高速旋转流场,其中密度较大的组份(如残余的液相)在旋流场的作用下同时沿轴向向下运动并沿径向向外运动,形成了外旋涡流场。而密度较小的组份(如气相)将沿中心轴线方向运动,并形成向上运动的内涡旋,从而达到两相分离的目的。
如图1所示,可选地,旋流器3的底端可具有液相出口3-2,该液相出口3-2靠近气液分离器2的底端,并对准该气液分离器2的出口端。
本申请的一些实施例中,气液分离器2和旋流器3均可包括直段和锥段两部分。其中气液分离器2中锥段部分的锥度圆锥的底面直径与锥体高度之比大于旋流器3中锥段部分的锥度。
可选地,如图1所示,除砂装置还可包括降液管10。其中,降液管10可位于集液罐1的内部,且降液管10的一端可与气液分离器2的出口端相连,另一端可对准集液罐1的排砂口9。
本申请实施例中,如图1所示,集液罐1的底端可具有排砂口9,分离出的固液混合物通过该排砂口9流向集砂罐5。降液管10可伸至排砂口9附近,以使降液管10中排出的液相可对沉积在集液罐1底端的砂粒造成冲击,使其流向集砂罐5。
本申请的一些实施例中,集液罐1的底端也可呈以排砂口9为顶点的锥形,以促使砂粒向排砂口9方向运动,避免砂粒沉积在集液罐1的内壁周围。
可选地,如图1所示,除砂装置还可包括液位变送器11和液位调节阀12。其中,液位变送器11可检测集液罐1内的液位变化,液位调节阀12适于与外部管道相连,以调节集液罐1内的液位。液位变送器11和液位调节阀12可与集液罐1相连,以保持集液罐1内的液位高于降液管10的底端,从而最大程度确保气相进入旋流器3进行二级气液分离后,再从气相出口1-3排出。
进一步地,由于集液罐1、气液分离器2和旋流器3的内部相互连通,为避免气相未经二级气液分离,而直接从旋流器3底端的液相出口3-2进入该旋流器3后从气相出口1-3排出,还应保证集液罐1内的液位高于旋流器3底端的液相出口3-2。
示例性地,当液位变送器11检测到集液罐1内的液位过高时(例如,液位高于液相出口3-2的距离大于第一阈值),导致气液分离器2和旋流器3中的有效处理路径过短,影响气液分离效果,液位调节阀12打开以排出集液罐1内的液相,从而降低液位。当液位变送器11检测到集液罐1内的液位高于液相出口3-2的距离小于第二阈值时,可关闭液位调节阀12。
可选地,如图1所示,除砂装置还可包括导流管道13和冲水管道14。该导流管道13可与集砂罐5的内部连通。冲水管道14可与集砂罐5的底端相连,冲水管道14的出口端对准导流管道13位于集砂罐5内部的一端。
本申请实施例中,冲水管道14可与集液罐1的下部(可指集液罐1的底端与集液罐1的中部之间的位置)相连,从而可利用集液罐1内暂存的液相来冲洗集砂罐5。
进一步地,该冲水管道14还可与外部水泵17相连,当集液罐1内暂存的液相较少时,可以依靠外部水泵17提供水源。
为更好地实现对集砂罐5冲洗过程的控制,冲水管道14上可从上到下依次设置有第一冲水阀18、限流孔板19、第二冲水阀20和第三冲水阀21。其中,第一冲水阀18可靠近集液罐1,第三冲水阀21可靠近集砂罐5。第二冲水阀20可连接在外部水泵17和冲水管道14之间,以控制外部水泵17提供的水源进入该冲水管道14。限流孔板19可用于控制集液罐1内的液相在冲水管道14中的流量。
该集砂罐5的底端可设置有冲水口5-1,该冲水口5-1可与冲水管道14的出口端相连。导流管道13位于集砂罐5内部的一端可伸至该冲水口5-1附近,导流管道13的另一端可从集砂罐5的上部伸出至集砂罐5的外部。导流管道13位于集砂罐5的外部的一端可连接有排砂阀22。当进行冲洗过程时,该排砂阀22打开,使砂粒可以从排砂阀22处流出。
导流管道13的直径和安装高度可被设计为:使冲水口5-1喷入的冲洗水最大程度进入导流管道13,并可搅动及卷吸集砂罐5的底端的砂粒向导流管道13内流动。
可选地,如图1所示,除砂装置还可包括排砂切断阀15,该排砂切断阀15可连接在集液罐1和集砂罐5之间。该排砂切断阀15可用于在冲水管道14向集砂罐5的内部冲水之前关闭,使集液罐1和集砂罐5之间的连通断开。
本申请实施例中,排砂切断阀15连接在排砂口9的下方,且该排砂切断阀15可串联设置有两个,分别为第一排砂切断阀15-1和第二排砂切断阀15-2,以可靠地切断集液罐1和集砂罐5之间的连通,避免排砂作业影响气液分离除砂设备包括气液分离器2和旋流器3的连续运行。排砂切断阀15的结构以可实现管道连通的截断和打开为准,本申请不做具体限制。
冲洗过程完成后,重新打开第一排砂切断阀15-1和第二排砂切断阀15-2,以使分离出的固液混合物可继续通过排砂口9流向集砂罐5。
可选地,如图1所示,除砂装置还可包括泄压阀16,该泄压阀16和集砂罐5的内部连通。该泄压阀16可用于在冲水管道14向集砂罐5的内部冲水之前打开,使集砂罐5内部的压力降至常压。
示例性地,该泄压阀16可位于第二排砂切断阀15-2的下方,并通过一直管段与集砂罐5的顶端相连。
由于在天然气以及页岩气的开发中,气相的压力较大,而液相中必不可少的携带有部分气相,导致集砂罐5内的压力较大。因此,在冲水管道14向集砂罐5的内部冲水之前,需要打开泄压阀16,使集砂罐5内部的压力降至常压,以保证冲洗过程的安全性。
本申请实施例提供的除砂装置,经进料管道4提供的待除砂气液两相流依次经过气液分离器2的一级气液分离以及旋流器3的二级气液分离后,排出气相,将分离出的固液混合物暂存在集砂罐5内,从而可以有效地分离待除砂气液两相流中的气相和液相,提高了气相的除砂效果。
本申请实施例提供的除砂装置在使用过程中,待除砂气液两相流从进料管道4进入,穿过集液罐1后从切向进入气液分离器2,待除砂气液两相流在气液分离器2与旋流器3之间的环隙中,在导流板8的引导下沿内壁面旋转流动,大部分的液相和砂粒在离心力和重力的作用下沿内壁面滑落向下流动,此过程为一级气液分离。由于液位变送器11和液位调节阀12控制集液罐1和气液分离器2的液位高于降液管10的底端,因此经一级气液分离后的气相不会从降液管10的底端的短路,而是从旋流器3的气相入口3-1切向进入,在旋流器3内高速旋转,完成二级气液分离,深度脱除气相中夹带的雾沫,从而高效脱除砂粒。经二级气液分离后的气相穿过封盖7上的气相出口1-3排出,并由管道过滤器6滤除残余的砂粒。
旋流器3内分离下来的雾沫碰撞长大后从旋流器3底端的液相出口3-2流入气液分离器2,并与气液分离器2中分离出来的液相和砂粒一起经降液管10进入集液罐1。由于砂粒的密度远大于液相例如为水的密度,在重力作用下通过第一排砂切断阀15-1和第二排砂切断阀15-2进入集砂罐5。集液罐1中暂存的液相过多时可通过液位调节阀12排出。
当集砂罐5内砂粒积累较多后,关闭第一排砂切断阀15-1和第二排砂切断阀15-2,并打开泄压阀16,使集砂罐5内的压力降为常压。依次打开第三冲水阀21和第一冲水阀18,将集液罐1中的液相导入集砂罐5,并由限流孔板19控制液相在一定流量以内。通过导流管道13使砂粒流态化并将砂粒从排砂阀22排出,直至砂粒排尽。若除砂气液两相流液相含量低而液相中集砂量高,使集液罐1中的液相累积量不足以排砂时,则打开第二冲水阀20引入外接水源进行冲砂。
排砂完毕后,关闭泄压阀16、第三冲水阀21和第一冲水阀18,并打开第一排砂切断阀15-1和第二排砂切断阀15-2。
由此可见,不同于传统除砂工艺直接从气相或液相中脱除砂粒,本申请提供的除砂装置通过两级气液分离实现将液相和砂粒从气相中同时脱除,并在集砂罐5中沉积一段时间后,通过冲洗水在接近常压下使砂粒流态化从而安全排出,实现了在同一套装置中对待除砂气液两相流进行分离和除砂,不仅有效实现了砂粒的高效脱除,也使液相和气相得以充分分离,省略了后续的普通重力式气液分离器2,节约设备投资节省占地面积,实现了气液分离和除砂排砂的一体化;并且该除砂装置在使用过程中对段塞流有良好的适应性,压力波动较小,有利于生产的稳定。
在本申请中,术语“第一”和“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上,除非另有明确的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种除砂装置,其特征在于,所述除砂装置包括集液罐(1)、气液分离器(2)、旋流器(3)、进料管道(4)和集砂罐(5);
所述气液分离器(2)位于所述集液罐(1)的内部,所述旋流器(3)位于所述气液分离器(2)的内部,所述集液罐(1)、所述气液分离器(2)和所述旋流器(3)的内部相互连通;
所述进料管道(4)和所述气液分离器(2)的内部连通,以使待除砂气液两相流通过所述进料管道(4)进入所述气液分离器(2)进行一级气液分离,再进入所述旋流器(3)进行二级气液分离后排出气相;
所述集砂罐(5)位于所述集液罐(1)下方,并与所述集液罐(1)相连,以收集分离出的固液混合物。
2.根据权利要求1所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括管道过滤器(6);
所述管道过滤器(6)和所述集液罐(1)的内部连通,以使进行二级气液分离后的气相经所述管道过滤器(6)后排出。
3.根据权利要求2所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括封盖(7);
所述封盖(7)与所述气液分离器(2)和所述旋流器(3)的顶端相连,所述封盖(7)上具有对准所述管道过滤器(6)的开口。
4.根据权利要求1所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括导流板(8);
所述导流板(8)位于所述气液分离器(2)中对应所述进料管道(4)的出口端的内壁处,所述进料管道(4)的出口端和所述气液分离器(2)的外壁相切,所述导流板(8)引导所述待除砂气液两相流旋转向下运动。
5.根据权利要求1所述的除砂装置,其特征在于,所述旋流器(3)的底端具有液相出口(3-2),所述液相出口(3-2)对准所述气液分离器(2)的出口端。
6.根据权利要求1所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括降液管(10);
所述降液管(10)位于所述集液罐(1)的内部,所述降液管(10)的一端与所述气液分离器(2)的出口端相连,另一端对准所述集液罐(1)的排砂口(9)。
7.根据权利要求6所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括液位变送器(11)和液位调节阀(12);
所述液位变送器(11)和液位调节阀(12)与集液罐(1)相连,以保持所述集液罐(1)内的液位高于所述降液管(10)的底端。
8.根据权利要求1所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括导流管道(13)和冲水管道(14);
所述导流管道(13)和所述集砂罐(5)的内部连通;
所述冲水管道(14)和所述集砂罐(5)的底端相连,所述冲水管道(14)的出口端对准所述导流管道(13)位于所述集砂罐(5)内部的一端。
9.根据权利要求8所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括排砂切断阀(15);
所述排砂切断阀(15)连接在所述集液罐(1)和所述集砂罐(5)之间;
所述排砂切断阀(15)用于在所述冲水管道(14)向所述集砂罐(5)的内部冲水之前关闭,使所述集液罐(1)和所述集砂罐(5)之间的连通断开。
10.根据权利要求8所述的除砂装置,其特征在于,所述除砂装置还包括泄压阀(16);
所述泄压阀(16)和所述集砂罐(5)的内部连通;
所述泄压阀(16)用于在所述冲水管道(14)向所述集砂罐(5)的内部冲水之前打开,使所述集砂罐(5)内部的压力降至常压。
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