10立方液化石油气储罐设计专项方案07681.docx
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10立方液化石油气储罐设计专项方案07681
10立方液化石油气储罐
一.设计背景
该储罐由菏泽锅炉厂有限公司设计,是用来盛装生产用液化石油气容器。
设计压力为1.77Mpa,温度在-19~52摄氏度范畴内,设备空重约为2925Kg,体积为10立方米,属于中压容器。
石油液化气为易燃易爆介质,且有毒,因而选材基本采用Q345R。
此液化石油气卧式储罐是典型重要焊接构造,焊接接头是其最重要连接构造,焊接接头性能会直接影响储存液化石油气质量和安全。
二.总技术特性:
技术特性表
容器类别类
三
设计压力MPa
1.77
设计温度℃
-19~52
最高工作压力MPa
1.77
水压实验压力MPa
2.25
气密性实验压力MPa
1.77
焊接接头系数
1
腐蚀欲量mm
2
操作介质
液化石油气
充装系数
0.9
设备容积立方米
10
三.储气罐基本构成
储气罐是一种承受内压钢制焊接压力容器。
在规定使用温度和相应工作压力下,应保证安全可靠,罐体基本构造部件应涉及人孔、封头、筒体、法兰、支座。
图1储气罐构造简图
1.1筒体
本产品简体是用钢板卷焊成筒节后组焊而成,这时简体有纵环焊缝。
1.2封头
按几何形状不同,有椭圆形封头,球形封头,蝶形封头,锥形封头和平盖等各种形式。
封头和简体组合在一起构成一台容器壳体重要某些,也是最重要受压元件之一。
此储气罐选取是椭圆形封头。
从制造办法分,封头有整体成形和分片成形后组焊成一体两种。
当封头直径较大,超过生产能力时,多采用分片成形办法制造,分片成形控制难度大,易浮现不合格产品。
对整体成形封头尺寸、形状,虽然易控制但普通需要有大型冲压模具压力机或大型旋压设备,工艺设备庞大,制导致本高。
从封头成形方式讲,有冷压成形、热压成形和旋压成形。
对于壁厚较薄封头,普通采用冷压成形。
采用调质钢板制造封头或封头瓣片,为不破坏钢板调质状态力学性能,节约模具制造费用,往往采用多点冷压成形法制造。
当封头厚度较大时,均采用热压成形法,即将封头坯料加热至900℃~1000℃。
钢板在高温下冲压产生塑性变形而成形,此时对于有些材料(如正火态钢板),由于变化了原始状态力学性能,为恢复和改进其力学性能,封头冲压成形后还要做正火、正火+回火或淬火+回火等相应热解决。
对于直径大且厚度薄封头,采用旋压成形法制造是最经济最合理选取。
1.3接管和法兰
接管和法兰作用是连接或供人进入容器内部,是容器重要构成某些。
接管与壳体间焊接接头普通为角接接头或T形接头,但对于连接两者之间焊缝,如果是壳体上开坡口时,则称为对接焊缝,壳体上不开坡口时称为角接焊缝。
1.4密封元件
密封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发生泄漏核心元件。
对于不同工件条件规定有不同密封构造形式和不同材质及形式垫片,在制造时对于密封垫材料和形式不得随意更改。
2.1.6支座
立式容器重要采用鞍式支座。
10立方液化石油气储罐(10立方液化气储罐-10立方液化气残液罐-10立方石油液化气储罐)
四.技术规定
(1)本设备按照GB150-1998《钢制压力容器》进行制造,检测与验收,并接受《压力容器安全技术监察规程》监督。
(2)制造筒体、封头、人孔接管、用Q345R钢板符合GB6654-1996及第二次改造告知单规定,人孔法兰盖用钢板正火状态供货。
帯颈对焊法兰、接管用Q345R应符合JB4726-,壳体用Q345R钢板应逐张进行冲击实验,办法按照GB/T229规定,三个试样平均值不不大于等于54J。
(3)设备焊接工艺规程按照JB/T4709-,焊接工艺评估按照JB4708-.所有角接接头焊接表面须打磨圆滑过渡。
(4)设备中每条A、B类焊接接头应进行100%射线检测,按照JB/T4730.2-规定,二级合格。
所用D类焊剂接头、DN<250接管与法兰B类焊接接头及所有与承压件相焊接角接接头,应进行100%表面磁粉检测,按照JB/T4730.4-规定,一级合格。
(5)设备应进行整体焊后消除应力热解决,热解决后不得在设备本体上进行施焊。
(6)最后热解决后,对设备中A。
B、D类焊接接头进行硬度检测,其硬度应不大于等于200HB。
检测数量按照每条A、D类焊接接头测一组,每条B
类焊接接头每隔120度测一组,每组涉及母材、热影响区和焊缝各一处。
(7)未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件中之较薄件厚度,且须为持续焊。
(8)设备制造完毕后进行水压实验。
水压实验应力见技术规定表。
水压实验合格后应将积水排净吹干。
(9)水压实验合格后,应进行气密性实验,实验应力见技术特性表。
(10)设备制造完毕后除锈涂铁红醇酸底漆一遍,再涂银粉醇酸清漆一遍,沿罐体水平中心线用红漆刷一道红色色带,宽度为150mm,在筒体两侧重心处用红色油漆喷印重新标志,应在重心标志上方喷印LPG字样,重心标志左侧喷应禁止烟火字样,右侧喷应禁止施焊字样,标志、字样高度不得不大于200mm。
(11)设备油漆、包装、运送按照JB/T4711-《压力容器涂覆与运送包装》规定。
(12)本储罐安装时,其纵轴应向排污方向倾斜千分之三。
(13)固定支座连接采用一种螺母拧紧;活动支座用两个螺母,第一种螺母不拧紧,与支座距离为1至3毫米,用第二个螺母锁紧。
(14)本储罐必要在有遮阳和水喷淋装置条件下合用。
4.焊接工艺规程:
此液化石油气卧式储罐是典型重要焊接构造,焊接接头是其最重要连接构造,焊接接头性能会直接影响储存液化石油气质量和安全。
因而合理地制定焊接工艺规程非常必要。
依照GB150-1998《钢制压力容器》对压力容器重要受压部位焊接接头分为如下四类,结合实际工程需要,分类如下:
五.材料选取
Q345R钢是屈服强度为340MPa级压力容器专用板,它具备良好综合力学性能和工艺性能。
磷、硫含量略低于低合金高强度钢板Q345(Q345R)钢,除抗拉强度、延伸率规定比Q345(Q345R)钢有所提高外,还规定保证冲击韧性。
它是当前国内用途最广、用量最大压力容器专用钢板。
Q345R材料性能分析:
元素
C
Si
Mn
P
S
Alt
质量分数(%)
≤0.20
≤0.55
1.20-1.60
≤0.015
≤0.015
≥0.020
Q345R材料特性分析:
Q345R钢基体组织为铁素体+珠光体,是低合金高强钢中应用最广泛钢,有比较成熟经验,屈服强度为294~343MPa,基本属于热轧低合金钢,其综合性能、焊接性及加工工艺性能均优于普通碳素钏,且质量稳定,其使用温度在-40~452℃范刖内,Q345R钢作为低温压力容器时,为改进低温性能,可以在正火解决后使用。
Q345R钢是在低碳钢基本上加入了少量合金,其加工性能.与低碳钢相似,具备较好塑性和焊接性。
由于加入了少量合金元素,其强度增长,淬硬倾向比低碳钢大,因此在较低温度下或刚性大、壁厚构造焊接时,需要考虑采用预热办法,防止冷裂纹产生,本设计中板厚18mm,壁厚较薄,不大于30mm,均不用预热焊后亦不必作消除应力解决。
10立方液化石油气储罐(10立方液化气储罐-10立方液化气残液罐-10立方石油液化气储罐)
六.焊接技术特性及规定
6.1技术特性:
液化石油气储罐材料Q345R,工作压力在1.77MPa,属于第三类压力容器,工作温度-19~52℃,设计温度52℃,腐蚀裕度2.0mm,焊接接头系数1.0,液压实验压力2.33MPa(卧放),全容积10m3,充装系数0.9,安全阀启动压力2.0MPa
6.2技术规定:
1)设备施工应符合GB150-1998《钢制压力容器》,验收应接受《压力容器安全技术监督规程》中有关规定
2)焊接采用电弧焊,焊条型号,低合金钢之间E5016,碳钢间E4303
3)焊接接头形式及尺寸按图规定,角焊缝焊脚高度为较薄件厚度,法兰焊接按相应法兰原则规定,对接接头与角接接头需全焊透,接管焊缝成形表面均应圆滑过渡,不得有裂纹、咬边、及棱角.
4)壳体钢板按GB6654-1996《压力容器钢板》及修改单中正火状态供货,且逐张进行超声检测,质量原则应不低于JB/T4730.3-中规定II级,壳体A类纵向焊接接头制备产品焊接试板,按《容规》第25条进行材料复验,坡口表面进行IOO%磁粉检测,并符合JB4730.4-中规定I级
5)筒体长度不大于15m,塔体直线度允差偏差不不不大于0.5L/1000+8,12mm,安装垂直度允差为12mm
6)裙座螺栓孔中心圆直径允差以及任意两孔弦长允差均为2mm
7)壳体用钢板轧制,逐张进行-19℃夏比(V型缺口)冲击实验(横向),三个试样冲击平均值不得低于20J,容许其中一种试样冲击功不大于平均值,但不得不大于14J
8)钢管应逐根按JB/T4730.3-中I级为合格
9)支座简体与封头焊接接头必要采用全焊透持续焊,并进行磁粉检测,符合JB/T4730.4-中I级为合格
10)设备压力实验合格后对所有焊缝按JB/T4730.4-进行磁粉检测,符合I级为合格,复验焊缝
II)热解决后,设备本体不得再行施焊
七.焊接工艺设计
焊接办法选取
手工电弧焊长处
①焊接设备价格低.简朴。
②焊条品种齐全,可以焊接各种不同金属,涉及最惯用金属和合金。
③在狭窄空问焊接场合,采用手工电弧焊比较以便、实用。
④对于同样焊接设备,采用不同电流设立,获得满足使用规定焊缝。
⑤适合各种位置焊接。
⑥与气体保护焊相比,不易受到风影响。
⑦对焊接金属最大厚度没有限制
⑧在大多数天气状况下都可以进行焊接。
手工电弧焊缺陷
①不适合焊接厚度不大于1.5mm薄板。
②负载率和总熔敷效率普通比送丝焊接办法低,当焊条消耗完毕或需要更换焊条时,焊接过程也暂时中断。
③并非整根焊条都可以充分运用,焊钳中被夹持某些必要丢弃,普通要挥霍25~50mm长度焊条。
④频繁地更换焊条也增长了焊接缺陷产生
埋弧自动焊长处是:
①生产效率高。
埋弧自动焊生产率可比手工焊提高5~10倍。
由于埋弧自动焊时焊丝上无药皮,焊丝可很长,并能持续送进而无需更换焊条。
故可采用大电流焊接(比手工焊大6~8倍),电弧热量大,焊丝熔化快,熔深也大,焊接速度比手工焊快多。
板厚30毫米如下自动焊可1不开坡口,并且焊接变形小。
②焊剂层对焊缝金属保护好,因此焊缝质量好。
③节约钢材和电能。
钢板厚度普通在30毫米如下时,埋弧自动焊可不开坡口,这就大大节约了钢材,并且由于电弧被焊剂保护着,使电弧热得到充分运用,从而节约了电能。
④改进了劳动条件。
除减少劳动量以外,由于自动焊看不到弧光,焊接过程中发出气体量少,这对保护焊工眼睛和身体健康是有益。
埋弧自动焊缺陷是适应能力差,只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径环焊缝。
综合考虑由于进行是双面焊缝,手工电弧焊设备简朴,操作以便适合全位焊接特点,因而内面采用手工电弧焊而外面采用加入熔深,提高生产率,采用埋弧焊。
最后采用焊接办法为:
手工电弧焊+埋弧焊。
7.2.2坡口形式
由于焊接厚度为18mm,因而需要开坡口,由于厚度比较厚,若开V型坡口话,产生较大开口,一方面会挥霍较多焊条,并且焊接费时间,若开U型坡口话,可以减小开口,并且U型坡口有助于焊剂流入,同步可以减小焊接应力,减少裂纹产生。
因而最后选取U型坡口,详细坡口形式如下图所示:
7.2.3焊接姿势:
平焊
7.2.4焊接村料选取
1)焊条选取:
焊条选用重要考虑焊缝使用性和施焊工艺性,焊条选取重要原则有如下几点。
(l)依照被焊金属材料类型,选取相应焊条种类大类。
如焊接母材是普通低合金钢时,选用构造钢类型焊条。
(2)依照被焊母材性能,选用与其性能相似焊条,或选用熔敷金属与母材化学成分类型相似焊条,以保证母材性能与焊缝相似。
(3)选取焊条时还要考虑工艺方面,重要是操作以便,易获得优良焊缝。
(4)从价格考虑,在满足性能及施工规定前提下,尽量选用熔敷效率高、
价格低焊条,从而提高生产率,减少成本。
2)焊丝选取:
药芯焊丝国内应用尚不普遍,活性焊丝重要用于气体保护焊,故选取实芯焊丝。
惯用低合金埋弧焊实芯焊丝有如下三类:
(l)低锰焊丝(如H08A):
常配合高锰焊剂,用于低碳钢和强度较低低合金钢焊接
(2)中锰焊丝(如H08MnA,HIOMnSi):
重要用于低合金钢焊接,并可配低
锰焊剂焊接低碳钢
(3)高锰焊丝(如HIOMn2,H08Mn2Si):
用于焊接低合金钢。
3)焊剂选取:
阐明:
JQ.SJl01是氟碱型烧结焊剂,碱度约为1.8,灰色圆形颗粒,粒度为2.0~
0.28mm(10~60日)。
焊接时电弧燃烧稳定,脱渣容易,焊接成型美观,
熔敷金属具备较高低温冲击韧惟,可交直流两用,直流焊接时焊丝接正极。
用途:
配合恰当焊丝(如H08MnA、HIOMn2、H08MnMoA、H08Mn2MoA
等),可焊接各种低合金构造钢,如船体、锅炉水力容器、管道等。
可用于多层焊、双面单道焊、多丝焊及窄问隙埋弧焊。
焊剂参照成分(%)
S
P
SiO2+TiO2
GaO+MgO
Al2O3+MnO
GaF2
≦0.060
≦0.080
15~25
25~35
20~30
15~25
熔拂金属力学性能(按GB/T5293-1999)
项目配合焊丝
σb
(Mpa)
σs
(Mpa)
σ5
(%)
AKV(J)
室温
0℃
-20℃
-40℃
H08MnA
415~550
≧330
≧22
≧150
≧110
≧80
≧27
H10Mn2
480~650
≧400
≧22
≧150
≧110
≧80
≧27
H08MnMoA
550~650
≧420
≧20
≧90
≧70
≧34
_
H08Mn2MoA
620~750
≧500
≧20
≧90
≧70
≧34
_
配合HIOMnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢(Q345R)构造。
故选取
焊剂SJl01
依照焊接丁艺规定,选用焊条J507,并查惯用焊丝焊剂表,选用焊丝HlOMnSi
焊剂SJIOI。
1)工艺规定:
(1)坡口加工:
机加工
坡口解决办法:
为不影响焊接质量,在施焊前应当清除坡口以及母材两侧表面
20mm范畴内(以离坡口边沿距离计算)氧化物,油污,熔渣以及其她由害
物质。
(2)层间温度:
100-252℃
(3)清根办法:
碳弧气爆并打磨
2)工艺顺序
(1)坡口清理
(2)装配点焊
(3)内面焊条电弧焊
(4)外面清根并打磨
(5)外面埋弧焊
3)焊接规范
内面焊接—焊条电弧焊
1)拟定焊条直径
依照《过程装备制造与检测》表5-24得:
由被焊工件厚度选取焊条直径为5mm
2)焊接电流拟定
依照焊条直径查《过程装备制造与检测》表5-15,拟定焊接电流为200-270A
3)焊接电压拟定
手工电弧焊,焊接电压选取为22-30V,其电压重要由电弧长度决定,电弧长则
电弧电压高,反之则电压低。
电弧过长则不稳定,熔深浅,熔宽增长,易产生
咬边等缺陷,同步空气容易侵入,易产气愤孔,飞溅严重,挥霍焊条,电能,
效率低。
生产中尽量采用短弧焊接,电弧长度普通为2-6mm
4)焊接速度V拟定
由课本查得焊接线能量约为qv=18KJ/cm:
由焊接线能量公式qv=0.7UI/v得焊接速度为
v=O.7*(20~30)*(200~270)/18KJ.cm-l=15~20cm/min
选取焊接速度约为18cm/min
5)电源利-类以及极性拟定
由J507焊条相应国标为E5015,即阐明熔敷金属抗拉强度为50MPa,焊条适应
焊接位置为平焊,药皮类型为低氢钠型,焊接电源为直流反接。
6)焊接层数拟定
厚板焊接普通要开坡口,同步采用多层多道焊,每层焊接厚度步超过5mm,手
工电弧焊一次最大熔深约为6~8mm当每层厚度约为焊条直径0.8~1.2倍时,
牛产效率高。
由公式n=D/d(此处厚度用D表达)得焊接层数n=18/5=4层
7)焊钳,焊接电缆拟定
由《过程装备制造一与检测》表5-9得,选取G325可以满足焊接规定
8)焊工护目遮光镜片选用
由《过程装备制造与检测》表5-11以及焊接电流为200-270A,选取电弧镜片号为11-12;碳弧气爆镜片为12-14
外面焊接—埋弧焊
选取焊丝直径为5mm以及焊接速度规定选取MZ-IOOO型焊机
依照手工电弧焊工艺参数拟定办法依次拟定各参数如下表格
焊接牌号及焊丝焊剂
焊丝直径
(㎜)
电源种类及极性
焊接电流
(A)
焊接电压
(V)
焊接速度
(cm/min)
J507
H10MnSi+SJ101
5
直流反接
400-1200
32-36
>22
接管.与封头,其中各种设计角度及尺寸来源于《过程设备设计》附表,表B3中
内容。
筒体体焊接详图如下,
(图二)接管与壳体焊缝详图
(图三)接管与底封头焊接详图
ID,接管专底封头焊接详图
7.3各筒节纵向焊缝焊接工艺分析
由GB150-1998《钢制压力容器》规定,圆筒某些纵向接头,球形封头与圆筒
连接环向接头,各类凸形封头中所有焊接接头以及嵌入式接管,与壳体对接连
接接头均属A类焊接接头。
因而拟定为A类接头,
7.3.1工艺规定:
1)坡口加工办法:
机加工坡口,并清除油锈
2)后热温度及保温时间:
250-300'C*2hr
3)清根办法:
碳弧气刨并打磨
4)焊接接头如图示:
(图四)筒体纵向焊接接头详图
7.3.2工艺顺序:
1.清理坡口,并进行磁粉检测(MT)
2.进行装配点焊
3.内部进行焊条电弧焊
4.外部清根并打磨,进行MT检测
5.外部进行埋弧焊
6.焊后热解决
7.3.3焊接规范:
焊接牌号及焊丝焊剂
焊丝直径
(㎜)
电源种类及极性
焊接电流
(A)
焊接电压
(V)
焊接速度
(cm/min)
内面手工电弧焊
J507
H10MnSi
5
直流反接
200-270
22-26
>18
外面埋弧焊
J507
H10MnSi
5
直流反接
400-1000
32-36
>22
7.4各筒节环向焊缝焊接工艺分析
由同标GB150-1998《钢制压力容器》规定,壳体某些环向焊接接头,锥形封头与
接管连接接头等均属于B焊头,已经规定除外。
因而经拟定筒节环向焊缝为
B类焊缝。
7.4.1工艺规定:
(前面已经详细论述过拟定过程,不再赘述)
1坡口加工办法:
机加工坡口,并清除油锈)
2)后热温度及保温时间:
250-300℃~2hr
3)清根办法:
碳弧气刨并打磨
4))焊接接头如图所示:
筒体环向焊接接头详图
4.4.2工艺顺序:
1.清理坡口,并进行磁粉检测(VIT)
2.并进行装配点焊
3.内部进行焊条电弧焊
4.外部清根并打磨,进行MT检测
5.外部进行埋弧焊
7.4.3焊接规范:
焊接牌号及焊丝焊剂
焊丝直径
(㎜)
电源种类及极性
焊接电流
(A)
焊接电压
(V)
焊接速度
(cm/min)
内面手工电弧焊
J507
H10MnSi
5
直流反接
200-270
22-26
>18
外面埋弧焊
J507
H10MnSi
5
直流反接
400-1000
32-36
>22
7.5焊后热解决工艺参数
1)热件入炉或出炉时温度不得超过400℃,但对厚度差较大、构造复杂、尺寸
稳定性规定较高、残存应力值规定较低被加热件,其入炉或出炉时炉内温
度普通不适当超过300℃。
2)升温至400℃后,加热区升温速度不得超过(5000/bs)℃/h,且不得超过200℃
/h,最小可为52℃/h。
3)温时,加热区内任意5000mm长度内温差不得不不大于120℃。
4)温时,加热区内最高一与最低温度之差不适当超过65℃。
5)温保温期间,应控制加热区氛围,防止焊件表面过度氧化。
6)炉温高于400℃时,加热区降温速度不得超过(6500/8s)℃/l1,且不得超过260℃
/h,最小可为52℃/h。
7)焊件按1)炉温度出炉后应在静止空气中继续冷却
八.液化石油气储罐检查方案
一、设备概况及其基本参数:
容器类别:
第Ⅲ类压力容器设计压力:
1.86Mpa设计温度-19~52℃,
介质:
液化石油气材质:
封头:
Q345R筒体:
Q345R
二、检查根据:
1、《压力容器安全技术监察规程》
2、《在用压力容器检查规则》
3、《压力容器使用登记管理规则》
4、GB150-1998《钢制压力容器》
5、JB4730-94《压力容器无损检测》
三、检查准备:
1、检查人员:
a、应具备相应项目检查资格;
b、设立现场安全监督(项目负责人)兼。
2、检查仪器准备:
a、磁探机;
b、超探机;
c、测厚仪、硬度计;
d、焊缝检查尺、长度检查尺;
e、照明灯(应急灯);
f、带漏电保护器电线盘;
g、角向磨光机、砂轮片;
h、着色探伤剂。
以上检查仪器需在检定期内,且处在完好状态。
3、审查资料:
a、设备竣工图,质量证明书。
b、锅炉压力容器监督检查单位出具安全质量监检报告。
c、设备运营记录,灌(充)装记录,关于运营参数记录,介
质成分,载荷变化状况,运营中浮现异常状况等资料。
d、关于修理、改造、施工记录、检查报告。
4、设备准备:
a、罐内介质排除干净,盲死隔断(气)液体来源。
b、罐内残存液(气)体必要进行置换、清洗,氧含量应在18~21%
(体积比)之间。
c、打开人孔,清理罐内杂质,将所有焊缝及两侧(涉及接管角
焊缝)各150mm范畴打磨除锈至露出金属光泽。
四:
检查项目:
(1):
内外部宏观检查:
1、表面检查:
a、罐体表面质量,接口部位,焊接接头裂纹、过热、变形、
泄漏。
b、表面腐蚀、机械损伤。
c、支撑或支座损坏,基本下沉、倾斜、开裂,紧固螺栓。
2、构造检查:
a、封头形式、简体与封头连接方式。
b、焊缝布置、支座形式与布置。
c、开孔与补强。
d、排放装置。
e、安全附件及仪表。
3、几何尺寸检查:
a、焊缝对口错边量、棱角度、咬边。
b、焊缝表面质量,角焊缝焊脚尺寸,对接焊缝余高。
c、同断面最大最小直径差。
d、封头表面凹凸量,直边高度和纵向皱折。
(2):
测厚检查:
a、壳体:
每块板测量5点、4个板角距板边各lOOmm处各测1
点,板中心测1点。
b、封头:
测9点,按Oo、900、1800、2700四个方向,直
边段及过渡段各测1点,顶部测1点。
c、人孔盖:
中心位置测1点。
除上述部位外,还应着重测如下部位:
易腐(冲)蚀部位,
气液面部位,制造时壁厚减薄部位和变形部位,表面检测发现可
疑部位,以及测厚时遇母材存在夹层部位,必要时UT检查拟定。
此外遇“壁厚增值”现象时,应予以足够注重,并查明因素。
(3)无损检测:
检测办法选取:
MT、UT、PT
a、罐内对接焊缝IOO%MT检查,接管角焊缝不能做MT时,PT检
查。
b、罐内对接焊缝应力集中部位,如丁字接头,三个方向各300mm
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