?。?)預(yù)先危險(xiǎn)性分析是進(jìn)一步進(jìn)行危險(xiǎn)分析的先導(dǎo),是一種宏觀概略定性分析方法。在項(xiàng)目發(fā)展初期使用PHA有以下優(yōu)點(diǎn):
?、俜椒ê?jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)、有效。
②能為項(xiàng)目開發(fā)組分析和設(shè)計(jì)提供指南;
?、勰茏R(shí)別可能的危險(xiǎn),用很少的費(fèi)用、時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn);
(2)適用范圍
預(yù)先危險(xiǎn)性分析適用于固有系統(tǒng)中采取新的方法,接觸新的物料、設(shè)備和設(shè)施的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。該法一般在項(xiàng)目的發(fā)展初期使用。當(dāng)只希望進(jìn)行粗略的危險(xiǎn)和潛在事故情況分析時(shí),也可以用PHA對(duì)已建成的裝置進(jìn)行分析。
4. 故障假設(shè)分析法
4.1 方法概述
故障假設(shè)分析(What…If Analysis)方法是對(duì)某一生產(chǎn)過(guò)程或工藝過(guò)程的創(chuàng)造性分析方法。使用該方法時(shí),要求人員應(yīng)對(duì)工藝熟悉,通過(guò)提出一系列“如果……怎么辦?”的問(wèn)題,來(lái)發(fā)現(xiàn)可能和潛在的事故隱患從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底檢查的一種方法。
故障假設(shè)分析通常對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行審查,一般要求評(píng)價(jià)人員用“What…If”
作為開頭對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行考慮,從進(jìn)料開始沿著流程直到工藝過(guò)程結(jié)束。任何與工藝有關(guān)的問(wèn)題,即使它與之不太相關(guān)也可以提出加以討論。故障假設(shè)分析結(jié)果將找出暗含在分析組所提出的問(wèn)題和爭(zhēng)論中的可能事故情況。這些問(wèn)題和爭(zhēng)論常常指出了故障發(fā)生的原因。通常要將所有的問(wèn)題記錄下來(lái),然后進(jìn)行分類。
該方法包括檢查設(shè)計(jì)、安裝、技改或操作過(guò)程中可能產(chǎn)生的偏差。要求評(píng)價(jià)人員對(duì)工藝規(guī)程熟知,并對(duì)可能導(dǎo)致事故的設(shè)計(jì)偏差進(jìn)行整合?!?br />
4.2故障假設(shè)分析步驟
故障假設(shè)分析很簡(jiǎn)單,它首先提出一系列問(wèn)題,然后再回答這些問(wèn)題。評(píng)價(jià)結(jié)果一般以表格的形式顯示,主要內(nèi)容包括:提出的問(wèn)題,回答可能的后果,降低或消除危險(xiǎn)性的安全措施。
故障假設(shè)分析法由三個(gè)步驟組成,即分析準(zhǔn)備、完成分析、編制結(jié)果文件。
(1)分析準(zhǔn)備
?、偃藛T組成。進(jìn)行該分析應(yīng)由2~3名專業(yè)人員組成小組。要求成員要熟悉生產(chǎn)工藝,有評(píng)價(jià)危險(xiǎn)經(jīng)驗(yàn)。
?、诖_定分析目標(biāo)。首先要考慮的是取什么樣的結(jié)果作為目標(biāo),目標(biāo)又可以進(jìn)一步加以限定。目標(biāo)確定后就要確定分析哪些系統(tǒng)。在分析某一系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意與其他系統(tǒng)的相互作用,避免遺漏掉危險(xiǎn)因素。
?、圪Y料準(zhǔn)備。進(jìn)行分析時(shí),
?。?)完成分析
?、倭私馇闆r,準(zhǔn)備故障假設(shè)問(wèn)題。分析會(huì)議開始應(yīng)該首先由熟悉整個(gè)裝置和工藝的人員闡述生產(chǎn)情況和工藝過(guò)程,包括原有的安全設(shè)備及措施。參加人員還應(yīng)該說(shuō)明裝置的安全防范、安全設(shè)備、衛(wèi)生控制規(guī)程。
分析人員要向現(xiàn)場(chǎng)操作人員提問(wèn),然后對(duì)所分析的過(guò)程提出有關(guān)安全方面的問(wèn)題。有兩種會(huì)議方式可以采用。一種是列出所有的安全項(xiàng)目和問(wèn)題,然后進(jìn)行分析;另一種是提出一個(gè)問(wèn)題討論一個(gè)問(wèn)題,即對(duì)所提出的某個(gè)問(wèn)題的各個(gè)方面進(jìn)行分析后再對(duì)分析組提出的下一個(gè)問(wèn)題(分析對(duì)象)進(jìn)行討論。兩種方式都可以,但是通常最好是在分析之前列出所有的問(wèn)題以免打斷分析組的“創(chuàng)造性思維”。
?、诎凑諟?zhǔn)備好的問(wèn)題,從工藝進(jìn)料開始,一直進(jìn)行到成品產(chǎn)出為止,逐一提出如果發(fā)生那種情況,操作人員應(yīng)該怎么辦?分別得出正確答案,
4.3 故障假設(shè)分析法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍
故障假設(shè)分析方法較為靈活,適用范圍很廣,它可以用于工程、系統(tǒng)的任何階段。
故障假設(shè)分析方法鼓勵(lì)思考潛在的事故和后果,它彌補(bǔ)了基于經(jīng)驗(yàn)的安全檢查表編制時(shí)經(jīng)驗(yàn)的不足,相反,檢查表可以把故障假設(shè)分析方法更系統(tǒng)化。因此出現(xiàn)了安全檢查表分析與故障假設(shè)分析在一起使用的分析方法,以便發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),互相取長(zhǎng)補(bǔ)短。
5 危險(xiǎn)與可操作性研究
5.1 方法概述
危險(xiǎn)與可操作性研究(Hazard and Operability Analysis,簡(jiǎn)稱HAZOP)是英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司(ICI)于1974年開發(fā)的,是以系統(tǒng)工程為基礎(chǔ),主要針對(duì)化工設(shè)備、裝置而開發(fā)的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。該方法研究的基本過(guò)程是以關(guān)鍵詞為引導(dǎo),尋找系統(tǒng)中工藝過(guò)程或狀態(tài)的偏差,然后再進(jìn)一步分析造成該變化的原因、可能的后果,并有針對(duì)的提出必要的預(yù)防對(duì)策措施。
運(yùn)用危險(xiǎn)與可操作性研究(HAZOP)分析方法,可以查處系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)、有害因素,并能以危險(xiǎn)、有害因素可能導(dǎo)致的事故后果確定設(shè)備、裝置中的主要危險(xiǎn)、有害因素。
危險(xiǎn)與可操作性研究也能作為確定事故樹“頂上事件”的一種方法?!?br />
5.2 常見術(shù)語(yǔ)及引導(dǎo)詞
HAZOP分析對(duì)工藝或操作的特殊點(diǎn)進(jìn)行分析,這些特殊點(diǎn)稱為“分析節(jié)點(diǎn)”,或工藝單元/操作步驟。通過(guò)分析每個(gè)“節(jié)點(diǎn)”,識(shí)別出那些具有潛在危險(xiǎn)的偏差,這些偏差通過(guò)引導(dǎo)詞或關(guān)鍵詞引出。一套完整的引導(dǎo)詞用于每個(gè)可認(rèn)識(shí)的偏差而不被遺漏。表1.7列出了HAZOP分析中經(jīng)常遇到的術(shù)語(yǔ)及定義;表1.8列出了HAZOP分析中常用的引導(dǎo)詞。
常用HAZOP分析術(shù)語(yǔ)
工藝單元 具有確定邊界的設(shè)備單元,對(duì)單元內(nèi)工藝參數(shù)的偏差進(jìn)行偏差;對(duì)位于PID圖上的工藝參數(shù)進(jìn)行偏差分析
操作步驟 間歇過(guò)程的不連續(xù)動(dòng)作,或者是由HAZOP分析組成分析的操作步驟;可能是手動(dòng)、自動(dòng)或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,間歇過(guò)程的每一步使用的偏差可能與連續(xù)過(guò)程不同
工藝指標(biāo) 確定裝置如何按照希望的操作而不發(fā)生偏差,即工藝過(guò)程的正常操作條件;采用一系列的表格,用文字或圖表進(jìn)行說(shuō)明,如工藝說(shuō)明、流程圖、PID等
引導(dǎo)詞 用于定性或定量設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)的簡(jiǎn)單詞語(yǔ),引導(dǎo)識(shí)別工藝過(guò)程的危險(xiǎn)
工藝參數(shù) 與過(guò)程有關(guān)的物理和化學(xué)特性,包括概念性的項(xiàng)目如反應(yīng)、混合、濃度、pH值及具體項(xiàng)目如溫度、壓力、流量等
偏差 分析組使用引導(dǎo)詞系統(tǒng)地對(duì)每個(gè)分析節(jié)點(diǎn)的工藝參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)的一系列偏離工藝指標(biāo)的情況;偏差的形式通常用“引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)”
原因 偏差的原因;一旦找到發(fā)生偏差的原因,就意味著找到了對(duì)付偏差的方法和手段
后果 偏差所造成的后果;分析組常常假定發(fā)生偏差時(shí),已有安全保護(hù)系統(tǒng)失效;不考慮那些細(xì)小的與安全無(wú)關(guān)的后果
安全保護(hù) 指設(shè)計(jì)的工程系統(tǒng)或調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),用以避免或減輕偏差時(shí)所造成的后果
措施或建議 修改設(shè)計(jì)、操作規(guī)程或者進(jìn)一步分析研究的建議
HAZOP分析常用引導(dǎo)詞及意義
引導(dǎo)詞 意義 備注
NONE(不或沒有) 完成這些意圖是不可能的 任何意圖都實(shí)現(xiàn)不了,但也不會(huì)有任何事情發(fā)生
MORE(過(guò)量) 數(shù)量增加 與標(biāo)準(zhǔn)值相比,數(shù)量偏大
LESS(減少) 數(shù)量減少 與標(biāo)準(zhǔn)值相比,數(shù)量偏小
AS WELL AS(伴隨) 定性增加 所有的設(shè)計(jì)與操作意圖均伴隨其他活動(dòng)或事件的發(fā)生
PART OF(部分) 定向減少 僅僅有一部分意圖能實(shí)現(xiàn),一些不能實(shí)現(xiàn)
REVERSE(相逆) 邏輯上與意圖相反 出現(xiàn)與設(shè)計(jì)意圖完全相反的事或物
OTHER THAN(異常) 完全替換 出現(xiàn)與設(shè)計(jì)要求不相同的事或物
引導(dǎo)詞用于兩類工藝參數(shù),一類是概念性工藝參數(shù)如反應(yīng)、混合;另一類是具體的工藝參數(shù)如溫度、壓力。當(dāng)概念性的工藝參數(shù)與引導(dǎo)詞組合偏差時(shí)常常會(huì)發(fā)生歧義,分析人員有必要對(duì)一些引導(dǎo)詞進(jìn)行修改。
5.3 HAZOP操作步驟
危險(xiǎn)與可操作性研究方法的目的主要是調(diào)動(dòng)生產(chǎn)操作人員、安全技術(shù)人員、安全管理人員和相關(guān)設(shè)計(jì)人員的想象性思維,使其能夠找出設(shè)備、裝置中的危險(xiǎn)、有害因素,為制定安全對(duì)策措施提供依據(jù)。HAZOP分析可按以下步驟進(jìn)行:
(1)成立分析小組
根據(jù)研究對(duì)象,成立一個(gè)由多方面專家(包括操作、管理、技術(shù)、設(shè)計(jì)和監(jiān)察等各方面人員)組成的分析小組,一般為4~8人組成,并指定負(fù)責(zé)人。
?。?)收集資料
分析小組針對(duì)分析對(duì)象廣泛地收集相關(guān)信息、資料,可包括產(chǎn)品參數(shù)、工藝說(shuō)明、環(huán)境因素、操作規(guī)范、管理制度等方面的資料。尤其是帶控制點(diǎn)的流程圖。
?。?)劃分評(píng)價(jià)單元
為了明確系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的功能,將研究對(duì)象劃分成若干單元,一般可按連續(xù)生產(chǎn)工藝過(guò)程中的單元以管道為主、間歇生產(chǎn)工藝過(guò)程中的單元以設(shè)備為主的原則進(jìn)行單元?jiǎng)澐?。明確單元功能,并說(shuō)明其運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。
?。?)定義關(guān)鍵詞
按照危險(xiǎn)與可操作性研究中給出的關(guān)鍵詞逐一分析各單元可能出現(xiàn)的偏差。
?。?)分析產(chǎn)生偏差的原因及其后果。
?。?)制定相應(yīng)的對(duì)策措施。
5.4 危險(xiǎn)與可操作性研究的優(yōu)、缺點(diǎn)及使用范圍
該方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便易行,且背景各異的專家在一起工作,在創(chuàng)造性、系統(tǒng)性和風(fēng)格上互相影響和啟發(fā),能夠發(fā)現(xiàn)和鑒別更多的問(wèn)題,匯集了集體的智慧,這要比他們單獨(dú)工作時(shí)更為有效。其缺點(diǎn)是分析結(jié)果受分析評(píng)價(jià)人員主觀因素的影響。
危險(xiǎn)與可操作性研究方法適用于設(shè)計(jì)階段和現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置的評(píng)價(jià)。起初,英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司開發(fā)的危險(xiǎn)與可操作性研究方法主要在連續(xù)的化工生產(chǎn)工藝過(guò)程中應(yīng)用?;どa(chǎn)工藝過(guò)程中管道內(nèi)物料工藝參數(shù)的變化可以反映了各裝置、設(shè)備的狀況,因此,在連續(xù)過(guò)程中分析的對(duì)象應(yīng)確定為管道,通過(guò)管道內(nèi)物料狀態(tài)及工藝參數(shù)產(chǎn)生偏差的分析,查找出系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)、有害因素以及可能的事故后果。通過(guò)對(duì)管道的分析,就能夠全面地了解整個(gè)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)危險(xiǎn)與可操作性研究方法的適當(dāng)改進(jìn),該方法也能應(yīng)用于間歇化工生產(chǎn)工藝過(guò)程的危險(xiǎn)性分析。在進(jìn)行化工生產(chǎn)工藝過(guò)程的評(píng)價(jià)時(shí),分析對(duì)象應(yīng)是主體設(shè)備。
6 故障樹分析法
6.1 方法概述
故障樹分析法(Fault Tree Analysis,縮寫FTA)是60年代以來(lái)迅速發(fā)展的系統(tǒng)可靠性分析方法,它采用邏輯方法,將事故因果關(guān)系形象的描述為一種有方向的“樹”:把系統(tǒng)可能發(fā)生或已發(fā)生的事故(稱為頂事件)作為分析起點(diǎn),將導(dǎo)致事故原因的事件按因果邏輯關(guān)系逐層列出,用樹性圖表示出來(lái),構(gòu)成一種邏輯模型,然后定性或定量的分析事件發(fā)生的各種可能途徑及發(fā)生的概率,找出避免事故發(fā)生的各種方案并優(yōu)選出最佳安全對(duì)策。FTA法形象、清晰,邏輯性強(qiáng),它能對(duì)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行識(shí)別評(píng)價(jià),既適用于定性分析,又能進(jìn)行定量分析。
頂事件通常是由故障假設(shè)、HAZOP等危險(xiǎn)分析方法識(shí)別出來(lái)的。故障樹模型是原因事件(既故障)的組合(稱為故障模式或失效模式),這種組合導(dǎo)致頂上事件。而這些故障模式稱為割集,最小割集是原因事件的最小組合。若要使頂事件發(fā)生,則要求最小割集中的所有事件必須全部發(fā)生。
6.2 事故樹名詞術(shù)語(yǔ)和符號(hào)
6.2.1 事件及其符號(hào)
在故障樹分析中,各種故障狀態(tài)或不正常情況皆稱故障事件;各種完好狀態(tài)或正常情況皆稱成功事件。兩者皆可簡(jiǎn)稱事件。
(1)底事件
底事件是故障樹分析中僅導(dǎo)致其他事件的原因事件。底事件位于所討論的故障樹底端,總是某個(gè)邏輯門的輸入事件而不是輸出事件。底事件分為基本事件與未探明事件。
?、倩臼录?是在特定的故障樹分析中無(wú)須探明起發(fā)生原因的底事件。
?、谖刺矫魇录?是原則上進(jìn)一步探明但暫時(shí)不能或不必探明原因的底事件。
?。?)結(jié)果事件
結(jié)果事件是故障樹分析中由其他事件或事件組合所導(dǎo)致的事件。結(jié)果事件總位于某個(gè)邏輯門的輸出端。結(jié)果事件分為頂事件和中間事件。
①頂事件 是故障樹分析中所關(guān)心的結(jié)果事件。頂事件位于故障樹的頂端,總是所討論故障樹中邏輯門的輸出事件而不是輸入事件。
?、谥虚g事件 是位于頂事件和頂事件的結(jié)果事件。中間事件既是某個(gè)邏輯門的輸出事件,又是別的邏輯門的輸入事件。
?。?)特殊事件
特殊事件是指在故障樹分析中所需要特殊符號(hào)表明起特殊或引起注意的事件。
①開關(guān)事件 開關(guān)事件是在正常工作條件下必然發(fā)生或者必然不發(fā)生的特殊事件。
?、跅l件事件 條件事件是描述邏輯門起作用的具體限制的特殊事件。
6.2.2 邏輯門及其符號(hào)
在故障樹分析中邏輯門只描述事件間的邏輯因果關(guān)系。
與門 表示僅當(dāng)所以輸入事件發(fā)生時(shí),輸出事件才發(fā)生。
或門 表示至少一個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí),輸出事件就發(fā)生。
非門 表示輸出事件是輸入事件的對(duì)立事件
順序與門 表示輸入事件按規(guī)定的順序發(fā)生時(shí),輸出事件才發(fā)生。
表決門 表示僅當(dāng)n個(gè)輸入事件中r個(gè)或r個(gè)以上的事件發(fā)生時(shí),輸出事件才發(fā)生
異或門 表示僅當(dāng)單個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí),輸出事件才發(fā)生
禁門 表示僅當(dāng)條件事件發(fā)生時(shí),輸入事件的發(fā)生方導(dǎo)致輸出事件的發(fā)生。
6.2.3 轉(zhuǎn)移符號(hào)
故障樹分析使用的各種符號(hào)、名稱及定義見表1.8所示。
表1.8 故障樹分析的邏輯和事件符號(hào)
符號(hào) 名稱 定義 符號(hào) 名稱 定義
基本事件 在特定的故障樹分
析中無(wú)須探明其發(fā)
生原因的底事件 或門 至少一個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí),
輸出事件就發(fā)生
未探明事件 原則上應(yīng)該進(jìn)一步
探明其原因但暫時(shí)不必或不能探明其原因的底事件 與門 僅當(dāng)所有輸入事件發(fā)生時(shí),輸出事件才發(fā)生
結(jié)果事件中間事件 故障樹分析中由其它事件或事件組合所導(dǎo)致的事件 非門 輸出事件是輸入事件的對(duì)立事件
開關(guān)事件 正常工作條件下必然發(fā)生或必然不發(fā)生的特殊事件 順序與門 僅當(dāng)輸入事件按規(guī)定的順序發(fā)生時(shí),輸出事件才發(fā)生
條件事件 僅當(dāng)條件事件發(fā)生方導(dǎo)致輸出事件的發(fā)生 異或門 僅當(dāng)輸出事件發(fā)生時(shí)輸出事件才發(fā)生
禁門 僅當(dāng)條件事件發(fā)生時(shí),
輸入事件的發(fā)生方導(dǎo)致
輸出事件的發(fā)生 相似轉(zhuǎn)移符號(hào) 下面轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)相似而事件符號(hào)不同的子數(shù)去
相同轉(zhuǎn)移符號(hào) 在三角形內(nèi)標(biāo)出向何處轉(zhuǎn)移
6.2.4 故障樹
故障樹是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖。它用上表中事件符號(hào)、邏輯門和轉(zhuǎn)移符號(hào)描述系統(tǒng)各種事件的因果關(guān)系,邏輯門的輸入事件是輸出事件的因;輸出事件是輸入事件的果。
二狀態(tài)故障樹 如果故障樹的底事件刻畫一種狀態(tài),而其對(duì)立事件也是刻畫一種狀態(tài),則稱為二狀態(tài)故障樹。
多狀態(tài)故障樹 若故障樹的底事件有3種以上互不相容的狀態(tài),則稱為多狀態(tài)故障樹。
規(guī)范化故障樹 將畫好的故障樹中各個(gè)特殊事件與特殊門進(jìn)行轉(zhuǎn)化或刪減,變成僅含有底事件、結(jié)果事件以及“與”、“或”、“非”三種邏輯門的故障樹,這種故障樹稱為規(guī)范化故障樹。
正規(guī)故障樹 僅含故障事件以及與門、或門的故障樹稱為正規(guī)故障樹。
非正規(guī)故障樹 含有成功事件或者非門的故障樹稱為非正規(guī)故障樹。
對(duì)偶故障樹 將二狀態(tài)故障樹中的與門換為或門,或門換為與門,而其余不變,這樣得到的故障樹稱為原故障樹的對(duì)偶故障樹。
成功樹 除二狀態(tài)故障樹中的與門換成或門、或門換成與門外,并將底事件與結(jié)果事件換為相應(yīng)的對(duì)立事件,這樣所得到的樹稱為原故障樹對(duì)應(yīng)的成功樹。
6.3 FTA操作步驟
?。?)熟悉分析系統(tǒng) 首先要詳細(xì)了解要分析的對(duì)象,包括工藝流程、設(shè)備構(gòu)造、操作條件、環(huán)境狀況及控制系統(tǒng)和安全裝置等.同時(shí)還可以廣泛收集同類系統(tǒng)發(fā)生的事故。
?。?)確定分析對(duì)象系統(tǒng)和分析的對(duì)象事件(頂上事件) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析、事故分析以及故障類型和影響分析確定頂上事件;明確對(duì)象系統(tǒng)的邊界、分析深度、初始條件、前提條件和不考慮條件。
?。?)確定分析邊界 在分析之前要明確分析的范圍和邊界,系統(tǒng)內(nèi)包含哪些內(nèi)容。特別是化工、石油化工生產(chǎn)過(guò)程都具有連續(xù)化、大型化的特點(diǎn),各工序、設(shè)備之間相互連接,如果不劃定界限,得到的事故樹將會(huì)非常龐大,不利于研究。
?。?)確定系統(tǒng)事故發(fā)生概率、事故損失的安全目標(biāo)值。
(5)調(diào)查原因事件 頂上事件確定之后,就要分析與之有關(guān)的原因事件,也就是找出系統(tǒng)的所有潛在危險(xiǎn)因素的薄弱環(huán)節(jié),包括設(shè)備元件等硬件故障、軟件故障、人為差錯(cuò)及環(huán)境因素。凡是事故有關(guān)的原因都找出來(lái),作為事件樹的原因事件。
?。?)確定不予考慮的事件 與事故有關(guān)的原因各種各樣,但是有些原因根本不可能發(fā)生或發(fā)生的機(jī)率很小,如雷電、颶風(fēng)、地震等,編制事故樹時(shí)一般都不予考慮,但要先加以說(shuō)明。
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