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第一章 自动化仪表在生产过程中的作用
/ P1 n/ x" ?% d/ Z: G! o* h9 C2 ?( s$ s% b9 [" E5 {) A: Q
1.1 自动化仪表及其应用' l( i. U1 s+ Q" Z' M1 Q
3 w7 x* L. m8 n7 Q1 t
自动化仪表，是指在工业生产过程中对工艺参数进行检测、显示、控制的仪表。自动化仪表大体可分为检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行器四大类。检测仪表是利用各种物理、化学效应，实现各种信息参数测量的仪表。显示仪表则用于对各种变量检测、控制及操作状态参数的数据显示和记录，承担人—机联系的任务。有的仪表则集检测与显示一体。控制仪表把来自检测仪表的信号值与所要求的信号值进行比较、综合，按预定控制规律发出控制信号，操纵执行器动作，使被控变量达到预期值。执行器则是实现这种控制作用的终端控制装置。
% G P$ [+ Q$ h0 P& C, s* @
6 |/ ~* I; v2 ? {3 _; t工业自动化仪表是实现工业生产过程自动化的一种重要装置。应用自动化仪表和设备，构成各种类型的自动化系统，可以代替人的重复性劳动，实现工艺过程的自动检测、调节和控制。在海洋石油的油气田生产中，为了正确地指导生产操作，保证人员和生产安全，都广泛应用自动化仪表和控制系统。# O3 w- n2 L3 h7 M! S# K
# E* c- W+ d6 e. P1.2 自动化仪表的分类5 S' w5 i* d* |3 S( B' y& E. n6 O6 ~
% g+ A0 Z& E( o5 w- [
海洋石油平台使用的自动化仪表类型繁多，因而分类的方法也不同，下面介绍几种常见的分类方法。
2 @! ?' o B( j/ y5 X
' b! P( B$ r- @% ]8 z" ]/ _$ V按使用能源不同，可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。
# B5 I: ^6 A; Y: _ Z5 _0 W2 }- q. u2 l! R. \/ H- ^- Y
按所测量参数不同，可分为压力仪表、温度仪表、液位仪表、流量仪表。 @2 ?* r/ B4 w, H
+ u, X1 P( X4 b按所使用系统不同，可分为生产系统检测仪表和安全系统检测仪表。
" H$ S% i" j6 x7 i& P
' a- s ^# r* D. ~2 c4 q A1.3 自动化控制系统
+ }" y! t; n9 ~/ a }, \6 A6 [8 M5 B% A M) X! Z# g
海洋石油平台要求生产和安全管理的自动化程度较高，平台上都设有一套自动化控制系统，即中央控制系统。这套系统是整个平台的控制中心，它能对整个平台的生产和安全进行监控，确保平台及人身安全，保证生产的持续性，保护原油生产系统及其设施。9 F$ p# n3 _) l! s Q9 }$ a
" S9 ?8 ]% G+ O1 ^: p5 f) A中央控制系统是由生产过程控制系统（PCS）和安全控制系统(SCS)组成。; w4 A/ R4 E$ y# ~- Y( V
7 o0 Y9 g; V' u5 Z6 b
其中安全控制系统又分为紧急关断系统（ESD）和火气探测系统（F&G）两个相对独立的子系统。如下图所示：
+ s7 e, d. E! i4 c& G( Y2 T0 Q. W( j2 d( @5 y- u1 Z
+ X# z7 R. Q% W& z5 p+ Y
% U5 }5 [) w: {7 A* [/ g% @. y
9 W, S7 @. \6 \% |& }0 I) f3 X, v/ ?
) l; @/ C/ f) v1 v2 r: R2 J- q3 V& B5 ?5 `3 Y/ H9 I0 h. l% a
% G& Y X# e; H% A% m4 x" U
* F4 L7 e6 g& A' z- B/ w4 i& m: {* r% o
- ~1 ]! E% ~; s% Y$ u' ?: @; o1 Q8 H, J1 H+ E/ Z
5 K2 G8 a; N% I0 z. w
% q/ V5 c" h* I/ k* L! g
% B1 w8 o% S6 u# Q. v, g
1 \- n! [4 W1 C
8 T0 }: d% N& d% ] U- Q
i1 s) g/ R0 c% Y$ B2 p* f, H
: M2 ~: r8 |1 L4 Z& s4 w, l' O8 g0 c& U: H, t2 `3 H
中央控制系统的构成' B' B0 p- A( d/ c$ x, k" T1 L
+ }) t. A& V( `: V Q0 d
& l' q3 K- T, |) Q: |6 T3 v% X6 F5 ^
0 ?7 M9 V* q' [! h% y& w6 n- ^; \8 D8 t- M' t6 u3 a
5 f, ^1 v/ T* a2 X3 D! `+ ~现场仪表
- y3 u' w2 c# j
; N* P! l S7 V \PT5 O3 F) N/ v4 q' O
& r |+ h4 R% v5 e' g3 b6 X, yTT' r6 ^1 |' L( P0 N. q2 _* m
6 F0 x0 Q0 h X$ Q6 p$ @" S% Y: bLT: @! T% d# k0 Z3 M% v# B) F$ s5 L
$ T0 R1 k* y' i- {- D, ~/ T, IFT
% u- t* v' H7 w$ V4 y: f. _
9 c* f5 {4 c& U( W" L
4 V: ~# c( a/ B! i! A1 ^+ w: |- V4 \$ N( F# k
* p) \! r; w5 o3 S$ k' l, ^" u5 L( n
中央控制系统! L6 B& o1 i/ G- t
" m0 W/ j$ w# e% J f
/ _- B/ I A( R( J, J2 O8 `) t5 c8 S' p0 y- V+ `! G9 @
过程控制系统- ?/ } h! e3 X$ f6 x3 _; g v
) S4 M y6 S/ i4 _5 [PCS+ W2 O$ q# S6 f4 J- w+ \: o
3 h0 |5 y f. y+ m0 ` K7 c) m. X1 @$ B" y' U% c
( J/ `* Q; b" T" ]) N$ `
逻辑关断系统9 e- v$ U$ C1 ^0 z4 l" a
8 i; V% j5 A3 v% VESD
0 l- W7 W! m7 @9 Y. F+ f
+ ]4 J2 j% z( @. T# i4 G3 @2 t( u% K& }+ n ^: }
( L- z6 }4 v9 v5 i火气系统
: {; s+ P8 z- S# C* Y8 V
4 T3 c0 h* R3 k$ Y$ iF&G1 N" }# ] O9 _" t
2 H& q$ Z. B3 d% {/ w ^
6 f! k- ]! o+ s3 g" I
) }9 ]3 D( k! y# N1 p& y
安全控制系统0 _, \2 s0 {4 k0 i! `* |2 t5 Z3 F
2 z! ~" F- i* ~7 B$ }( h
SCS1 X2 C" ^9 H, w: _
/ T- p5 R0 B- W2 M) O: k
" Q5 W& d5 |% h3 P5 O
1 k L+ s; L6 Y阀位状态
1 Q* F7 x8 A+ a. ~ q. U, r y, K; K. X8 R$ ?( p3 x
泵状态及故障信号
5 L C+ u6 x0 D9 q3 R
* \3 y9 E# i8 t" y1 _2 X5 s. W, @ m4 |/ C% u9 d
* a3 q* y. J# P/ [$ [5 u2 Q& r- C! I7 t
: ~9 V' c! h) ?" Y" ?
开关报警信号) z. I$ [+ H1 y( d2 k/ L) M7 X
y& p6 z2 r1 u7 tPSL
" A' Y# Y% U. ~6 j$ w$ s2 v. o! E& ?+ s4 V
TSL
9 C: ] r# x# o# l) e: A( _8 ~8 |2 F2 @( X1 i. }* h/ j
LSL6 Q4 F- e. X! Q7 `' j) H8 o
! @% n3 `: s, x$ y9 y
7 F$ J+ m4 w$ s& ]8 P% B' _7 L, A0 k0 Y4 [, u) e8 W% _; }
7 B, E& i% Y/ d+ p+ ^
' s8 y, p( }6 [' G0 A2 t- R控制阀# {4 k3 ?( J% R5 U
1 o; b% p, [0 R% \# e9 B0 q0 W, r" z5 I
* s7 n, R( S8 W# K2 h1 i s
启停泵
8 p2 I* a; }4 W+ b9 Q' A/ V
: T5 j6 O; |$ v* R% w' ~) @* I) K0 L' n9 Z8 H
; a( Q) `7 J% m8 n2 d
声光4 p/ a/ }: n6 L
$ P7 b s% I4 ~9 l0 m4 S
报警# u, T" z1 V7 ?' k) ?0 E2 X4 F
, N, m c5 r" |2 X/ U9 S
! |; Z4 Y. ~8 L8 J6 ^( X
0 J0 h5 \3 [3 u) a1 V' H- a开关报警高高低低信号
8 P9 d; |6 `: N8 [5 T7 N" ]3 r3 A1 r3 O" |1 j
* c l, a) S3 V: }- _$ P' ^0 L4 l' ?0 r+ ?- l3 c
6 v7 y% I6 q- s" r" z4 X3 h
& V& M$ m }- m; s" `9 U
其它关断信号
3 ~3 a) T! M* u* M9 z* l( P0 D _% v7 {* r+ a, I! G
3 U: l, l' k" Z3 k/ s. g- q( q
8 c$ S$ ^. U9 d# E0 e) {, w- c) H* q2 T3 I; T9 _2 u8 l, X- \
6 y5 d% Y; @. J) Y
状态灯及PA广播6 @" ?' d( M: N9 ?( w, c5 k
9 z: [) c8 Q8 ?# B4 i6 O% \
9 w9 [: k7 W& [- T; D2 i- H. h0 u& x3 ?: ?* w# Q+ t) ~+ Y* h
关断相应设备
; A+ J) I1 p Q( |" ]: a; x
( L3 z4 \- E/ S& w8 o' \& g' e
. i! F3 z9 h9 p1 T* u- O& u" o
' C% {4 y8 k" i* X m8 Z关断相应系统$ f5 o; ^. k& E/ V1 |8 m
( l x3 G; O, V o" j0 q; F
( Y9 t0 |, J& @% K6 x& c
9 C' X$ \+ \% N. ~3 b& D9 I4 d1 G现场仪表
: u) e4 N% G, S# Q7 @5 n, N& n% ~! b% R( P8 D; Z
PT3 Q9 Y- |5 N$ w7 A2 L p i I
) C* t: d+ Y8 @5 J
TT
' N% N: F& @3 M$ L# y' p/ ^+ M5 Y/ W+ w3 y1 P/ [7 `
LT G2 {/ l, ^. V5 Z) n9 i# V V# D7 N
$ Z* q3 I/ e% ^* I% sFT
0 [1 B2 F. P; V5 M! ~+ ^. K! C! y ]6 A0 C' o: ?( {
h: N5 O; T8 y `% Z* I, o- G4 o
0 n* F1 [$ K( @7 R: t U$ X8 J2 c5 K7 [& a- `9 n7 j
) Q2 L3 ]; y; e, l- {中央控制系统3 l& E0 g# N! s& y3 [. o7 S
% s6 J- k5 r( K; G( N7 R5 J9 V
7 D# d1 d$ j' Z ?- w& i" E: s
9 P& y5 e8 O- G3 f, w过程控制系统
; W; w4 | T3 u7 d) ?) N0 o( }; l
9 v9 O/ [( O- k" I2 lPCS
! S+ e/ n7 v9 ~: a: h8 _2 D( v' h( l) g4 S& L) r
' V* O& w3 {$ k9 X. j( V8 O
+ U. ~3 `1 j' z% m逻辑关断系统
! k: Y! P8 v6 h" g. t' M+ j/ d8 F8 P) F* L: b
ESD/ R8 |# U! Z2 B, E5 I
9 \3 f9 U; J& F5 y+ r- [6 `) y* K2 |1 G2 n& S$ T& S
1 f7 Q9 S$ D* Q4 J J$ F$ M火气系统6 w/ p+ @% g8 o* \7 Z" P
/ @( ^/ F( q: X( E% S* F- v
F&G
0 ~" M$ _9 C2 ?& u' g9 i4 c/ E# A
, m/ t3 @' k( R- Q, G3 c6 m. w- o, O$ R2 j) _% ^
) J) f$ M% X1 e, u; P/ t
安全控制系统
9 o, T. L( D& ~+ b. J( Q- X
1 ^5 M/ e3 b$ S$ K/ ^4 F; iSCS6 g6 b3 X" `2 L6 z7 W. y; K
5 f$ v3 |, u; r: \* e$ R: C6 `
+ U7 i" @% z' |+ P1 @. V; ]; j& |; V1 o( Z6 @% D; N% K2 r
阀位状态+ M# s# A; ^6 E4 A3 T6 W7 N) g. m! i
6 J7 ^$ Q( K0 H8 N6 j) j: X泵状态及故障信号7 i1 Y1 T" k g
' \% q% N, y/ B+ x& \0 C" A- w1 _
; h2 H& w' S! i
* @! o/ z) G9 k1 M3 A* H* U. l8 K3 ]& r7 `) \" ]2 l% }5 X8 R& @- B) s
: d, P9 n7 I4 k; T/ N
开关报警信号1 H' G" J/ M9 a4 X2 ?
% D0 C! J/ a' l& ~, L2 vPSL. O' P( {5 M( c" ^2 ]8 i, y
1 \( K7 Z* {( h0 [/ {TSL" q; O8 |8 ^7 }! e' G
+ d0 |7 D. R( u( X" L* z
LSL* H, W' W, p9 i8 ]- F
' c9 L0 U. b9 [/ K5 z c/ s3 y. C4 J) K& _2 G* ~
4 R$ b8 X" j9 ]3 N# H8 {- s/ l
# l4 P1 A" E* d5 o1 O8 D! B
. r1 V0 }* Q8 U! \9 T控制阀& l: r3 p' K7 o" W# O9 G' z4 t
0 ~" @5 @8 [7 O0 z3 K8 b% E
# e" v B9 B) M( I8 K: t/ _0 T& J. _8 j6 k1 P; {+ S' K
启停泵
% h% `' Y/ K; U
; H" T0 n8 H: n6 H7 O9 H1 |" x1 r4 \' y7 i' z
( n( R# ~' H. D, X4 ]声光
$ d$ Z0 ^+ ^; C8 s2 o
$ p' ]3 H2 p, S1 `* A$ q报警- e9 M+ ` f; g, K S! p0 M
9 I9 ?, R: N% }1 q) o8 K" x- | `5 h1 G* Q) y3 h- M; O5 @
5 d e' T, ^" g; i& c W
开关报警高高低低信号
1 n3 a" A) r, r' H9 V) @* V3 x- G$ M9 W+ T' m P
) o# ?7 f$ l5 c7 p
% ?8 F% N2 Q" G) y: x
6 z, l% w4 d6 j% C" e$ U i" k1 M1 V7 z8 Z0 z
火气探头及火灾手动站2 F$ }, U' I* A
& y: ~# L# d$ ?0 E- l4 @) \3 H: ], }3 u1 H! F7 i9 A, X' ^1 A2 i
1 A' J& \, `) `: v2 w! z
) s# A B0 Z2 E1 T( T4 x$ J1 U! ~5 `- I2 B
其它关断信号0 `6 [$ K6 ~* F0 [- ]
4 t5 i( q! D% R2 M( ?7 }" |" n9 u; ] I
* R9 l" g' r, t% \& q n' [$ b' U" f
1 K6 y1 d9 U, `3 B9 T5 [* |2 J: i: L
* r- Y4 v B- X6 `6 e* w5 F8 Y其它检测信号% e: C4 F: f* q7 E. o
( x, X2 z' Z! Q0 X$ Z y5 O) V
6 g2 z8 v+ S7 g" l# N# }! s* e5 ?
! a) s- `: a) a" @状态灯及PA广播
, F. r: |: G" e7 W2 S) N9 f5 v# O: l/ w; {
: p" B* J# O$ M
( K3 \' e; t- I! @0 m. x5 @消防泵及喷淋阀和CO2系统- z4 D5 X+ E. Y& Y
/ g; z1 J" b/ n
0 j) O" z) ^+ R/ Z0 G/ h/ r" E0 o6 M7 s! ]4 J
关断相应设备/ G7 M! d3 {1 o% b' n9 |
8 j! \, E9 M+ P# v& o( @* b+ I" m: S6 H
6 N: a! r( A# [' h- X
关断相应系统
8 f, g5 l5 ?" b' x% m6 m5 c4 M' g: C q9 J( B
X$ H" d8 u1 o
, ~+ G: d6 z% i2 e
# [% Y5 `% j+ l# p$ m
1 [, e6 Z# s" Q' e; V8 m+ |# J1 I! A+ P, d
* ^/ U2 R8 s. [# s& ^, \
) n/ t9 b7 |7 o; D3 G" w5 u- x
/ o. V) i' e8 [6 _- I1 M6 }! a! b' |% }/ {
, k4 R: ?) }+ ?9 f6 W
$ U- Q2 t) E2 ~" y6 Q
+ n6 q: s, k! F' j; ?' A R( R2 I) D! w4 ]3 m" n' V
/ T. h0 ]$ k1 W5 [% O$ `" X9 Q1 `! e, U) o) c1 @% }; d
- F7 G: K8 m$ ]! l) c! c5 Q2 S: {/ d) ]
- N) @( }9 g/ O* ~" U! Q+ k
. H3 e, Y* w4 b. p6 Z
O) g& E7 i2 H4 I- |, V
! O3 [6 `/ p9 o. R6 c2 [8 m3 \/ k# F) ]$ q
. N$ m9 z3 l) @4 J% Y
[9 Y# X% w1 P: t1 M# h$ F5 A
" M7 |. B9 i8 i! L+ O
3 N9 R, F. j2 `) M/ A- L8 x m( G( v+ o) s6 P! l+ Y
4 Y* t6 Y$ F* Z
" J% ]8 m1 c" a8 |2 G' O; @
; u$ E" c% J" L* `2 s1 i& N7 K, ^5 E' o
6 a# l- \ D- {
+ F- q& X, m5 R. G a% o/ ?+ x N, w
3 S& s/ c9 U% t2 J
' w, x8 E3 R- A; j9 E$ B" U+ }! e5 `- _
0 l) z, ?+ D% v% X1 [$ ?$ Z' T
! V6 C! e( t, u# I# E, Z* E4 H" X2 D4 F+ m4 T, |
' J+ y2 u( n4 j! R. n' R
# k0 Q2 O' s. B; E/ C7 @5 f5 U K! S3 `& G5 u/ I
- g A- I& ] D5 v1 W) X5 d% K0 {7 Y8 L1 f1 S7 q
% n! _0 o% H3 b# p2 l$ [- r% t/ N6 {
; \2 H4 Q) _$ a2 G1 k* R& J
1 q) O8 H- h: X
5 n& v) m, }( f1 ]. D# L! A: L4 J1 V: b' W% v
9 w8 V" I7 t% A' O" O, h: X! K% p$ O* y
/ r9 c) p' G$ a& r9 }, X5 x
& p. [* R' P$ x2 @9 P6 E0 p& y+ }% Q. o) F
8 [ P' ?* {8 u& z5 Q8 P; D' i" i6 T& j* |4 \/ g; k
# p1 X2 ]6 w8 [' h8 P
, E( \+ w j/ N+ K0 u
8 Y$ P- V" ~3 _- S+ s
. d; I+ l; p' b* `, e; ]. }7 A" T$ l @1 ?4 `6 o$ f8 y2 X
4 p9 l: ~$ ` P4 @/ ?
5 a! G; J3 B5 u& y4 p- R5 h# f, j& h. H& s+ ~" d: A
& |4 N. w4 K2 e. B+ E9 V
" Y9 u6 S# F) `- S
" v; X$ C) q0 z8 \$ J' D& T ?" C' T, v. ^ J
# I& [: P: q; G" d* O* e& u& G; t
7 n7 M0 v. {5 \7 A- _0 p/ W) z7 A& t5 q" L( e
9 O2 `: l4 x4 V( |8 f/ n& C) y+ P+ r# g
9 x( k0 v+ s% r! j% t. U
* t$ U0 e" O+ I# `! Q
; o, h- }9 I) ]) J1 J# ~+ [9 {$ `, g% B9 o5 h
3 I a8 m4 }, | j# Z1 `
$ |6 W3 m- F9 k( J第二章 压力检测仪表* ]! r6 d8 ~% M6 @* }0 g
+ N! p2 }( m! W
* A1 L6 ]) v. t. e" w3 b) x
5 m- o) A: F" {/ x9 V压力（包含差压和真空度）是工业生产中最重要的参数之一。它决定着生产过程能否正常进行，关系到设备和人身的安全等。8 a0 i( P/ I5 Y0 t+ x( R% e+ ^
8 \' _1 X4 U, f# c, g
2.1 压力的定义及单位
- v' u( \: `' S9 E7 o; p6 }* z. J1 D* C( N" e; l0 n: R
垂直作用在物体单位面积上的力称为压力。它的数值由两个因素决定，即受力面积和垂直作用力的大小。
; m) z! m! k* U* m* A* Y2 J7 |1 ^% M$ U7 c5 G
在国际单位制中其单位为牛顿/米2，即：帕斯卡，其表示的符号为：Pa ，简称“帕”，帕这个单位很小，约为0.1mm水柱所产生的压力。Pa、kPa 、MPa是法定的压力计量单位。在工程中常用单位还有工程大气压（kgf/cm2）、物理大气压（atm）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）、磅/英寸2（psi）、巴（bar）等，工程大气压（kgf/cm2）、物理大气压（atm）和巴（bar）压力等级基本相同。1巴≈1公斤力≈100KPa≈14.5psi，相当于10米水柱的压力。它们之间的常用换算见表2-1 各压力单位间的换算。
* V7 N0 K8 }7 m% t9 i" |6 M; O4 s
' n5 d& v5 y9 y; ^' r表 2-1 各压力单位间的换算
0 _% b) V( O0 W帕
# B1 \" q5 K$ U" \, S# P. }/ N5 n7 V7 \
Pa- d+ `4 S0 n; z+ k9 j
6 B& j! I Y# [5 z! t4 m( O! L0 B千帕
2 d7 d% ?" O% ?
9 h' n) U! Q3 d4 s. YKPa
/ Y, p& n. z# M+ U% \3 T
; I/ ^8 h% D1 U" D大气压 ' F3 O& @" I' A2 _
' Q3 k3 e" o' X4 k+ d9 C3 H(kgf/cm2)
( R2 R; s: Z' g. @& N- s4 x6 W0 w8 Y4 w' b% f. _5 F0 q+ i3 H
毫米水柱
' c3 D* n( f; N; |3 U$ o. O j( R. z9 b) G4 D% m4 s1 Y* ^
mmH20
! Y4 V, d/ X- B ^/ v2 \, Q4 X3 Y
/ ?4 z# p& ~1 L% p+ C; Z磅/英寸2 Ib/in2 (psi)( L F P6 v7 C+ w9 ^
' S; @1 }) T+ |+ R/ ?6 D: Z+ F; r4 U巴 bar) l+ i. q! N- |9 x
- J _& o; b: S) }; _6 C, t
' R" l* J" V6 d6 J10 L" ?8 w3 O K* J
4 a* L4 m) P) O( a8 U, W k1×10-3
2 A+ K* N+ Y& N* m; r
& Q3 Q5 ~ f! r+ V1 j1.02×10-5
8 x6 ?- W3 ?$ G* h
2 z8 f- k0 I: _% N1.02×10-1- |5 K$ z# u: j1 u
0 v0 m- P# O5 i [4 V3 \
1.45×10-4
1 U/ U. E* y- ~# ?. u, S2 U! t
4 Q9 _% J; U3 `* J+ d; t$ g1×10-5
; Q9 D4 n: Z7 ]8 N6 H) W( Y% u) ?% G5 G4 _: P% j4 S/ e
* a) h! a# t/ T) \$ b* \, ?
1×1036 `) E7 }3 L# y: G2 {/ z
) P, r2 C6 `; K+ L( p y1: |3 [: X" Y' i: j$ J& Y* K% u3 c$ J
( h% Y) ?4 e P) ~ S4 d+ H
1.02×10-2: V" a4 R2 D. S' {
1 [. f |! U& n% P$ c/ L* k V: W1.02×102
; s3 I1 e, Z" V8 {* I
2 M! U+ l$ L8 P1 ~1 q1.45×10-1
2 p* M, U% S0 j* K# X: a- {
4 B, P) w# O: L [# Z7 G! q1×10-2
4 L5 R" U0 z9 U, u3 K' X* ]9 k6 t
7 O6 w7 |5 u% H( S$ V9.8×104$ g% H5 m* \3 r2 w+ @
" x7 [# Z, ?3 U$ Y9.8×10
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发表于 2008-1-10 23:27:20