宋天陽

摘 要：測量循環(huán)流化床鍋爐膛密相區(qū)的壓力時(shí)， 高溫流動的固體容易堵塞測壓點(diǎn)和測量管線，影響鍋爐的正常運(yùn)行。本文對爐膛密相區(qū)測點(diǎn)堵塞原因進(jìn)行查找分析，研究分析了自動壓力補(bǔ)償式防堵裝置的工作原理，介紹正確安裝測量裝置避免各測點(diǎn)間測量誤差，研究表明自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置能夠準(zhǔn)確、連續(xù)和可靠進(jìn)行床壓測量監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;壓力補(bǔ)償;防堵裝置;床壓測量

中圖分類號： TK229.66 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）30-187-4

0 ?引言

某發(fā)電公司裝有2臺由某公司（引進(jìn)ALSTOM技術(shù)）制造480t/h 循環(huán)流化床鍋爐，于2006年6月投產(chǎn)使用。該機(jī)組床壓測點(diǎn)取樣為鍋爐廠附帶的花瓶式防堵取壓裝置，在使用過程中一直存在測量偏差或者無法測量問題。為了確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，解決機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)密相區(qū)床壓測量不準(zhǔn)確、測量裝置堵塞等問題，決定對流化床鍋爐密相區(qū)床壓測點(diǎn)測量準(zhǔn)確性展開研究。研究方向如下：

①循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量不準(zhǔn)原因;

②循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量裝置的選型論證;

③循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量裝置施工布置研究;

④補(bǔ)償式風(fēng)壓測量防堵吹掃裝置準(zhǔn)確性研究。

1 ?查找密相區(qū)床壓測量不準(zhǔn)原因

在現(xiàn)場對該發(fā)電公司流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量方式進(jìn)行了調(diào)查研究，主要是對測點(diǎn)的安裝位置、風(fēng)壓取壓裝置的選用、平時(shí)發(fā)生故障的現(xiàn)象等進(jìn)行分析，現(xiàn)場存在如下測量不準(zhǔn)問題：

①循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)床壓測量裝置使用的是型號比較落后的花瓶式取壓裝置，由于密相區(qū)床壓為正壓且測量方式較為落后，此產(chǎn)品不適用循環(huán)流化床鍋爐測量床壓，在機(jī)組啟動后容易發(fā)生堵塞，是測量不準(zhǔn)確的主要原因;

②循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測點(diǎn)布置不合理，安裝時(shí)未能完全安裝圖紙進(jìn)行，在風(fēng)帽上方、下方和同一水平方向均有布置，其測量裝置安裝角度也不盡相同，是測量不準(zhǔn)確的重要原因;

③鍋爐運(yùn)行年數(shù)比較長，存在澆筑料磨損脫落現(xiàn)象，部分取壓管已經(jīng)長期暴露在爐墻澆注料外面，在高溫、高磨損的情況下取壓裝置外露部分產(chǎn)生了溝、槽、凹和坑等磨損問題，這也是影響測量準(zhǔn)確性的原因;

④爐膛密相區(qū)運(yùn)行工況復(fù)雜，高溫、高濃度及正壓，床料向各個(gè)方向流動，而現(xiàn)有的取壓裝置沒有吹堵功能，高溫、高濃度的床料進(jìn)入取壓管后，就可能冷卻堆積黏結(jié)在管壁上，長時(shí)間運(yùn)行取壓管就會慢慢堵塞;

⑤測孔光潔度達(dá)不到安裝質(zhì)量規(guī)范要求，有部分爐膛風(fēng)壓測量裝置取壓管傾斜度也不符合要求，個(gè)別爐膛密相區(qū)風(fēng)壓取壓裝置測量管伸入位置超出爐墻澆注料，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重。

2 ?自動補(bǔ)償式防堵測量裝置測量精度研究

根據(jù)以上原因分析，不能準(zhǔn)確測量爐膛密相區(qū)床壓的主要原因是測量裝置容易被堵塞。就循環(huán)流化床鍋爐來說，爐內(nèi)密相區(qū)床壓為正壓，流化狀態(tài)的固體床料具有一般流體性質(zhì)，流動的物料極易堵塞測壓裝置和測壓管線，故采用常規(guī)的測量裝置不能進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠地連續(xù)測量。為確保壓力測量真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠和連續(xù)測量，測量壓力應(yīng)采取壓力補(bǔ)償、防堵的方式進(jìn)行，以提高壓力測量的精度。

2.1 自動補(bǔ)償式防堵風(fēng)壓測量裝置的原理

目前技術(shù)比較成熟、使用比較廣泛的是自動補(bǔ)償式防堵風(fēng)壓測量裝置，以某廠家的BFC系列補(bǔ)償式風(fēng)壓測量防堵吹掃裝置為例，該裝置由三部分組成：防堵取樣吹掃裝置、壓力補(bǔ)償裝置及流量、壓力指示調(diào)節(jié)裝置，如圖1所示。

<E：＼123＼中小企業(yè)管理與科技·下旬刊201610＼97-197＼27-1.jpg>

圖1 ?壓力補(bǔ)償、防堵測量系統(tǒng)示意圖

壓縮空氣通過減壓閥和氣水分離器去除水分后穩(wěn)壓連續(xù)向測點(diǎn)反吹，使B測壓點(diǎn)不發(fā)生堵塞現(xiàn)象，利用流體力學(xué)的動壓補(bǔ)償方法，消除因反吹掃空氣在測量管線內(nèi)流動而產(chǎn)生管內(nèi)壓差⊿P ，從而測出真實(shí)的壓力值。B點(diǎn)的高溫高濃度粉塵顆粒無法進(jìn)入到取樣管道，整個(gè)測量裝置形成了一個(gè)完全與之補(bǔ)償?shù)墓ぷ鲄^(qū)域，這就是壓力補(bǔ)償式風(fēng)壓測量防堵強(qiáng)吹掃裝置的最大特點(diǎn)。

理想正壓流體在有勢體積力作用下作定常運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動方程（即歐拉方程）沿流線積分而得到的表達(dá)運(yùn)動流體機(jī)械能守恒的方程。對于重力場中的不可壓縮均質(zhì)流體，方程為p+ρgh+ρv2=c式中p、ρ、v分別為流體的壓強(qiáng)、密度和線性速度;h為鉛垂高度;g為重力加速度;c為常量。上式各項(xiàng)分別表示單位體積流體的壓力能p、重力勢能ρgh和動能ρv2，在沿流線運(yùn)動過程中，總和保持不變，即總能量守恒。對于氣體，可忽略重力，方程簡化為p+ρv2=c（常量），各項(xiàng)分別稱為靜壓、動壓和總壓。顯然，流動中速度增大，壓強(qiáng)就減小;速度減小，壓強(qiáng)就增大;速度降為零，壓強(qiáng)就達(dá)到最大（理論上應(yīng)等于總壓）。

壓力變送器的取樣點(diǎn)A到測壓管B之間，流體進(jìn)入管道中的氣體流動受到阻力時(shí)，將產(chǎn)生一定的壓降⊿P，根據(jù)流體的性質(zhì)Δp=ρδv2/g;式中：V為氣體的流速（與流量成正比）;g為重力加速度;δ為修正的阻力系數(shù)（這個(gè)系數(shù)與管子的材料、管徑、光潔度及長短有關(guān)系，對于已確定的風(fēng)壓測量裝置可以認(rèn)為系數(shù)不變）;ρ為流動氣體的密度（可以認(rèn)為不變）。

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圖2 ?自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置補(bǔ)償原理圖

根據(jù)圖2示意圖，對自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置補(bǔ)償原理進(jìn)行推導(dǎo)：從數(shù)學(xué)模式中推導(dǎo)分析，從理論上認(rèn)識壓力補(bǔ)償器測量、防堵、吹掃的原理：

∵ p1+ρv=p2+ρv

∴ Δp補(bǔ)償=p1-p2=ρ（v-v）

要使Δp補(bǔ)償=Δp阻力即p2=p3

則ρ（v-v）=ρδv/g

推導(dǎo)出v=v（1+δ/g）

∵ Q=S1v1=S2v2

∴ S2=S1/

設(shè)k=1/

則S2=kS1

從以上推導(dǎo)可以知道：對于確定的風(fēng)壓測量裝置來說，δ為修正的阻力系數(shù)可以認(rèn)為是常數(shù)，則k=1/為常數(shù)，所以管道截面積S2與S1存在固定的系數(shù)關(guān)系，對于某一確定的測量裝置只要調(diào)整好測量裝置的節(jié)流孔面積，就能使得△P補(bǔ)償=△P阻力，與反吹掃壓縮空氣的流量無關(guān)，從而達(dá)到自動補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

2.2 建立曲線圖形分析

設(shè)補(bǔ)償壓力為Pb，調(diào)整節(jié)流孔面積，使Pb=-ρδv2/（2g），見圖3中Pb曲線;設(shè)補(bǔ)償后壓力Pc，Pc=Pb+△P，見圖3 中Pc曲線。

從曲線中看出圖中Ⅳ～Ⅳ直線左側(cè)補(bǔ)償后壓力Pc近似為零;另外在圖中可以看出（根據(jù)廠家的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）： I～I(xiàn)，直線右側(cè)為不堵塞區(qū)，即流量大于1m3/h。Ⅲ～Ⅲ，直線右側(cè)為不燒毀區(qū)，即流速大于2m3/h。Ⅳ～Ⅳ，直線左側(cè)為補(bǔ)償線性區(qū)，一般在直線I～I(xiàn)與直線Ⅳ～Ⅳ間調(diào)節(jié)流量值，補(bǔ)償裝置達(dá)到有效的工作狀態(tài)。

在圖1中：設(shè)壓力變送器的取樣點(diǎn)A壓力為PA，測壓管B點(diǎn)的壓力為PB，則PA=PB+△Pc，因?yàn)樽詣友a(bǔ)償后Pc約等于0，所以A點(diǎn)壓力PA等于B點(diǎn)壓力PB，PA的值不受反吹掃氣體流量、氣源壓力改變的影響。

3 ?測點(diǎn)安裝布置，自動補(bǔ)償取壓裝置施工技術(shù)規(guī)范

3.1 測點(diǎn)高度的確定

床壓測點(diǎn)安裝位置不當(dāng)、測點(diǎn)堵塞會造成測量不準(zhǔn)確。床壓是循環(huán)流化床鍋爐控制的一個(gè)非常重要的參數(shù)。一般所說的床壓是指爐內(nèi)密相區(qū)下部的床壓。密相區(qū)下部床壓測點(diǎn)安裝的高度不同對同樣的料層厚度其反映出的床壓值是不同的。

本次測試的循環(huán)流化床鍋爐料層靜止層厚度為800mm，若把測點(diǎn)安裝的靠近風(fēng)帽頂部，離布風(fēng)板近一些，能夠測量的厚度就多一些，就準(zhǔn)確些，但因?yàn)轱L(fēng)帽有200mm的高度，若安裝在風(fēng)帽下面或者接近風(fēng)帽高度的話，容易受到風(fēng)帽風(fēng)孔的影響，所以綜合考慮，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，密相區(qū)下部床壓測點(diǎn)安裝離布風(fēng)板上表面距離為260mm測量較為準(zhǔn)確。

3.2 如何保證測點(diǎn)安裝布置

由于需要測量爐膛密相區(qū)床壓，在不同高度的床壓是不同的，所以需要減小取壓點(diǎn)安裝高度誤差;循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)澆筑厚度根據(jù)位置的不同而有所差異，前、后墻斜面的厚度要大于側(cè)墻厚度，返料口附近的澆筑料要厚些，錐體的傾斜角度也不一樣，為了保證取樣裝置在同一角度和高度，避免在爐膛內(nèi)部澆筑后測點(diǎn)高度誤差過大，因此在安裝前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙確定同一層每一個(gè)測點(diǎn)的澆鑄位置。床壓測量裝置的取壓點(diǎn)高度誤差應(yīng)<10mm。

3.3 確保壓力測點(diǎn)澆筑質(zhì)量

當(dāng)溫度達(dá)到800℃以上時(shí)，插入爐膛內(nèi)部的取壓裝置前端將變軟，因此取壓裝置安裝時(shí)應(yīng)避免取樣管插入爐膛內(nèi)部，這為測點(diǎn)澆筑質(zhì)量帶來一系列問題?，F(xiàn)在準(zhǔn)備選用的自動補(bǔ)償式風(fēng)壓取樣裝置的外徑是18mm，可以用內(nèi)徑20mm的不銹鋼取樣管先埋在澆筑料里面，將不銹鋼管前端縮回澆筑料20-50mm，前端縮回部分的澆筑料需光滑，在烘爐階段風(fēng)壓自動補(bǔ)償測量裝置先不進(jìn)行安裝，待烘爐結(jié)束后再安裝。這樣施工安裝及以后更換裝置都比較方便，把風(fēng)壓測量裝置插到預(yù)埋的不銹鋼管內(nèi)，根據(jù)深度安裝牢固，最后將取壓管尾部圓環(huán)焊在預(yù)埋管上，這樣就能將取樣裝置固定且不漏風(fēng)。

3.4 施工應(yīng)參考遵循的技術(shù)規(guī)范

根據(jù)《DL/T_5190.5-2004電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范：熱工自動化》中第4.3.3條規(guī)定，測量帶有灰塵或氣粉混合物等介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)采取具有防堵和/或吹掃結(jié)構(gòu)的取壓裝置。取壓管的安裝方向應(yīng)符合下列規(guī)定：在垂直的管道、爐墻或者煙道上，取壓管應(yīng)傾斜向上安裝，與水平線所成的夾角應(yīng)該大于30o。第4.3.4條，風(fēng)壓的取壓孔徑應(yīng)與取壓裝置外徑相符，以防堵塞。取壓裝置應(yīng)有吹掃用的堵頭和可拆卸的管接頭。第4.3.5條，壓力取源部件的端部不得超出被測設(shè)備或管道的內(nèi)壁（測量動壓者例外），取壓孔和取源部件均應(yīng)無毛刺。

根據(jù)《DLT_5210.4-2009_電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評價(jià)規(guī)程_第4部分：熱工儀表及控制裝置》煙、風(fēng)、煤粉管道壓力取源裝置驗(yàn)收規(guī)定：測孔直徑與取壓管內(nèi)徑偏差0.5～1mm;測孔光潔度應(yīng)光滑、無毛刺;爐膛取壓伸入位置與爐墻內(nèi)壁齊平;取壓裝置應(yīng)嚴(yán)密不漏。

根據(jù)《DLT_1314-2014_循環(huán)流化床鍋爐測點(diǎn)布置導(dǎo)則》5.2.3壓力測定位置和數(shù)量中5.2.3.1中要求：測點(diǎn)布置分為兩層，以布風(fēng)板上表面為基準(zhǔn)，下層壓力取壓孔高度為200～260mm。

3.5 自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置設(shè)備安裝使用規(guī)范

安裝過濾減壓閥和流量、壓力指示調(diào)節(jié)裝置的恒氣流控制箱采用壁掛式安裝，并應(yīng)與水平面垂直安裝，確保流量控制器正常指示。安裝人員不可隨意打開恒氣流控制箱，更不能隨意調(diào)節(jié)減壓器和流量控制器。

管路連接應(yīng)采用 14*2的無縫鋼管、不銹鋼管或金屬軟管，連接（焊接）前必須用壓縮空氣將管內(nèi)的垃圾、塵埃吹掃干凈，確保管內(nèi)清潔?？刂葡渑c測壓點(diǎn)之間的長度不受距離限制。

恒氣流控制箱的活絡(luò)接頭焊接時(shí)應(yīng)擰下，以免高溫?fù)p壞箱內(nèi)的聯(lián)絡(luò)管路。

管路間有焊接的地方一定要焊好無漏氣，連接部分加密封墊以確保各連接點(diǎn)無漏風(fēng)現(xiàn)象。

吹掃取樣頭管路上：安裝取樣頭末端與管道內(nèi)壁齊平即可，爐膛上安裝：一般與水平傾斜角度大于30度。爐膛外側(cè)高于爐膛內(nèi)側(cè)，吹掃取樣頭前端縮回爐墻內(nèi)保溫層或水冷壁表面20～50mm。

4 ?自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.1 自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置靜態(tài)試驗(yàn)研究

表1 ?試驗(yàn)數(shù)據(jù)

[＼&壓縮空氣流量m3/h＼&壓縮空氣壓力MPa＼&爐前左三

測得風(fēng)壓kPa＼&爐后左一

測得風(fēng)壓kPa＼&改變壓縮

空氣流量＼&0

0.5

1.0

1.5

2.0＼&0

0.1

0.1

0.1

0.1＼&-0.0756

-0.0753

-0.0751

-0.0745

-0.0815＼&-0.0417

-0.0420

-0.0401

-0.0453

-0.0480＼&改變壓縮

空氣壓力＼&2.0

2.0

2.0＼&0.1

0.15

0.2＼&-0.0815

-0.0823

-0.0835＼&-0.0480

-0.0483

-0.0515＼&]

在某電廠#2循環(huán)流化床鍋爐上安裝了兩組自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置，在安裝靜態(tài)調(diào)校完畢后，對其測量準(zhǔn)確性進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟是分別改變壓縮空氣流量及改變壓縮空氣壓力觀察對測量結(jié)果的影響。試驗(yàn)時(shí)取壓裝置外面沒有床料，相當(dāng)于測量爐膛內(nèi)部壓力，當(dāng)時(shí)試驗(yàn)時(shí)爐膛有一定的負(fù)壓，試驗(yàn)數(shù)據(jù)在就地壓力表、流量計(jì)及壓力變送器上讀取。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，在風(fēng)壓自動補(bǔ)償裝置工作范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確自動補(bǔ)償、能夠準(zhǔn)確反映測量風(fēng)壓。

4.2 自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置冷態(tài)試驗(yàn)

為了研究自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置在密相區(qū)能否準(zhǔn)確測量，項(xiàng)目組進(jìn)行了冷態(tài)流化試驗(yàn)來觀察測量特性，在床料流化后，自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)與常規(guī)的風(fēng)壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)相吻合，變化趨勢、響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與常規(guī)測量裝置相一致。為進(jìn)一步確認(rèn)自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置測量的準(zhǔn)確性，在床料流化過程中，短時(shí)間把自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置的反吹掃壓縮空氣全部關(guān)掉，DCS上顯示的情況是在停止及投運(yùn)壓縮空氣時(shí)抖動一下后，馬上恢復(fù)原來測量值，所以該裝置是能夠準(zhǔn)確測量風(fēng)壓的。

表2 ?流化時(shí)密相區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

[＼&壓縮空氣流量m3/h＼&壓縮空氣壓力MPa＼&爐前左三

測得風(fēng)壓kPa＼&爐后左一

測得風(fēng)壓kPa＼&停止反吹＼&0＼&0＼&3.61＼&3.52＼&改變壓縮

空氣流量＼&0.5

1.0

1.5

2.0＼&0.1

0.1

0.1

0.1＼&3.61

3.61

3.61

3.61＼&3.52

3.52

3.52

3.52＼&改變壓縮

空氣壓力＼&2.0

2.0

2.0＼&0.1

0.15

0.2＼&3.61

3.61

3.61＼&3.52

3.52

3.52＼&]

4.3 熱態(tài)運(yùn)行觀察

在某電廠#2循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行后，對裝自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置的床壓測點(diǎn)進(jìn)行了觀察，自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)與常規(guī)的風(fēng)壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)相吻合，變化趨勢、響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與常規(guī)測量裝置相一致，能真實(shí)地在線測量到各個(gè)測點(diǎn)的壓力值。經(jīng)過兩個(gè)多月的試運(yùn)行，自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置運(yùn)行穩(wěn)定，沒有發(fā)生高溫狀態(tài)壓力測量管路堵塞和管路氧化燒毀等損壞的現(xiàn)象，而同期投運(yùn)的常規(guī)測量裝置已經(jīng)有堵塞失效現(xiàn)象。

5 ?研究過程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)及過程中存在的問題

①自動補(bǔ)償式風(fēng)壓測量裝置解決了爐膛密相區(qū)床壓測量裝置堵塞的問題，能夠在高溫高濃度的環(huán)境下能夠連續(xù)運(yùn)行。

②施工安裝不夠規(guī)范，因?yàn)檫@次是研究，受到時(shí)間及現(xiàn)場實(shí)際空間限制，取壓裝置管道布置不是很規(guī)范，希望在整體改造時(shí)一并解決。

③測量位置的確定，因?yàn)槔?2爐停爐消缺期間進(jìn)行研究試驗(yàn)，時(shí)間比較倉促，未參與試驗(yàn)研究的密相區(qū)床壓的測點(diǎn)使用原有測點(diǎn)，在測點(diǎn)的高度位置方面沒有選擇;鍋爐運(yùn)行年數(shù)比較長，澆筑料存在磨損脫落現(xiàn)象，對測量也有一定的影響。

④建議氣源分配控制裝置的控制箱柜門改成有觀察窗口的，方便巡檢;柜門的鎖建議改成旋轉(zhuǎn)開啟的，利于維護(hù)。

6 ?結(jié)束語

某發(fā)電公司循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量使用自動補(bǔ)償式防堵風(fēng)壓測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確在線測量的要求;徹底解決了測量裝置在多粉塵和高溫狀態(tài)下測壓管路堵塞和氧化燒毀的問題，保證了設(shè)備和控制系統(tǒng)的正常連續(xù)運(yùn)行;自動補(bǔ)償式防堵風(fēng)壓測量裝置能準(zhǔn)確測量循環(huán)流化床爐膛密相區(qū)的床壓變化，為運(yùn)行人員通過床壓值來指導(dǎo)判斷熱態(tài)運(yùn)行時(shí)對爐內(nèi)料層厚度的控制提供了依據(jù)，為鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障，也具備了鍋爐優(yōu)化燃燒、自動低床壓燃燒的可行性。

參 考 文 獻(xiàn)

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