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易燃堆積物溫度監(jiān)控系統(tǒng)/堆積物遠程在線監(jiān)測

易燃堆積物溫度監(jiān)控系統(tǒng)/堆積物遠程在線監(jiān)測,我公司通過研究地面煤堆氧化自燃的原因和過程,提出可實時對煤堆進行監(jiān)測的TX-3D無線測溫系統(tǒng)(測溫電纜)和TX-3D插入式煤堆測溫儀

  • 產(chǎn)品型號:
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  • 更新時間:2016-12-03
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易燃堆積物溫度監(jiān)控系統(tǒng)/堆積物遠程在線監(jiān)測

推薦關(guān)鍵詞:煤堆測溫系統(tǒng)/煤堆測溫儀

一、易燃堆積物溫度監(jiān)控系統(tǒng)/堆積物遠程在線監(jiān)測 項目必要性及背景

煤場管理中,自熱、自燃現(xiàn)象普遍存在,煤堆自熱、自燃不僅浪費能源增加發(fā)電成本而且自燃產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化硫等有害氣體嚴重的污染環(huán)境。隨著電廠摻燒制度的不斷推廣和普及,電廠所使用的煤種、產(chǎn)地和來源越來越多,燃料管理工作越來越復(fù)雜,面臨諸多挑戰(zhàn),其中煤堆發(fā)熱自燃現(xiàn)象越來越嚴重,傳統(tǒng)的人工煤溫巡檢和燒舊存新制度越來越不適應(yīng)當(dāng)前煤場現(xiàn)狀,無法有效遏制煤堆發(fā)熱自燃現(xiàn)象。

二、煤堆自燃的原因

煤堆自燃往往需要具備三個主要條件:一是煤質(zhì)有自燃傾向,二是供氧條件好,三是散熱條件差。各種煤質(zhì)的自燃能力是不同的,有的很容易自燃,如褐煤、長焰煤等;有的不容易自燃,如貧煤、無煙煤等,另外,煤的含硫份和含水分越高,氧化反應(yīng)速度越快、放熱越多,煤越易自燃。煤堆發(fā)熱是氧化反應(yīng),所以煤堆自燃要求煤堆有一定的孔隙率、通風(fēng)條件好。煤堆的氧化反應(yīng)放出熱量,如果散熱條件差,熱量積累會提升煤堆溫度,煤溫度越高氧化反應(yīng)就越劇烈,兩方面相互影響,使得煤堆自燃過程加速。

根據(jù)以上煤堆自燃的原理和儲煤堆發(fā)生自燃的實際情況看,自然堆積(不壓實)條件下,可以將煤堆分為三層:

1、冷卻層:

冷卻層處于煤堆的表層,約0.51.5米厚,該層與空氣接觸充分,雖然發(fā)生氧化反應(yīng),但是散熱條件好,熱量難以積累,所以自燃發(fā)生率低。

2、氧化層:

氧化層處于冷卻層以下,約14米厚,有一定供氧量,氧化反應(yīng)發(fā)出的熱量難以散熱,不斷積累升溫,反過來促進氧化反應(yīng),容易發(fā)生自燃。

3、窒息層:

窒息層位于氧化層以下,供氧不充足,無法發(fā)生自燃。

電廠往往會把煤堆壓實后儲存,導(dǎo)致孔隙率減小,煤堆氧化層的深度也相應(yīng)減小,根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,氧化層往往位于表層以下1米至4米深度范圍。從煤場實際情況看,煤堆自燃還表現(xiàn)出非常明顯的局部區(qū)域突發(fā)性特點,原因有很多,比如某位置存在一些煤塊,導(dǎo)致該位置的供氧條件很好;或者某位置的煤在堆放過程中受潮,含水分較多。不管是什么原因,我們把首先發(fā)生自熱的位置稱為熱點,如下圖紅色圓圈標(biāo)示的位置。

熱點相比于煤堆的其它位置,首先滿足了自燃的條件,更早的開始發(fā)熱自燃,自燃一旦開始,煤溫就可以達到230度,此時熱點放熱速度很快,向四周傳導(dǎo),感染本來還沒有發(fā)熱、還沒有滿足自燃條件的煤堆,促使它們開始升溫,并加速氧化反應(yīng),加速進入自燃狀態(tài),如此循環(huán),熱點的區(qū)域體積不斷擴大,不僅造成越來越大的損失,也因為體積太大而很難處理。這就是為什么當(dāng)我們觀察到煤堆表面冒煙,再把煤堆翻開后發(fā)現(xiàn)無論是氧化層、冷卻層還是窒息層都開始自燃的原因。

綜上,我們預(yù)防煤堆自燃的關(guān)鍵就是盡早發(fā)現(xiàn)熱點,在熱點剛剛出現(xiàn),感染的體積還比較小的時候,發(fā)現(xiàn)熱點,就采取措施把禍患消滅掉,極大的減小了損耗,而且很容易處理。

三、儲煤的自熱自燃損耗嚴重

存放時間(天)

熱值(千卡/千克)

煤堆內(nèi)部溫度(度)

濕度%

灰分%

揮發(fā)分%

日均環(huán)境氣溫(度)

日均環(huán)境濕度(%)

1

5102.0

28.5

17.3

17.2

36.1

15

50

7

5067.7

32.0

17.0

18.0

35.9

12

48

15

5022.1

36.7

16.6

18.9

35.6

20

45

32

4925.0

46.6

15.6

21.0

35.0

25

37

42

4833.2

48.2

13.4

23.2

31.7

30

30

52

4766.2

49.9

11.8

25.3

29.3

30

28

65

4622.0

52.0

8.4

28.0

24.1

30

25

當(dāng)煤堆內(nèi)部溫度從28.5度升高到36.7度,熱值從5102千卡/千克下降到5022.1千卡/千克,熱值降低了1.57%,到46.6度的時候,熱值降低了3.47%,如果升到52度的時候,熱值降低了9.4%,從我們在電廠煤場的測溫結(jié)果知道,煤堆很多區(qū)域的溫度都達到了50度,由此推斷,電廠儲煤的自熱自燃損耗有多么嚴重,也解釋了為什么在采制化工作到位的情況下,入廠煤和入爐煤還有較大的熱值差。

某發(fā)電有限責(zé)任公司煤場管理中的節(jié)能降耗空間

某電廠通常存煤30萬噸,煤質(zhì)揮發(fā)份較高,具有氧化程度較劇烈和升溫速度較快的特點。如果采用簡單的燒舊存新原則,那么基本上所有的入廠煤都要經(jīng)過30天才能入爐,在30天的存煤周期里邊,其實有的煤發(fā)熱升溫的速度更快些,有的煤發(fā)熱升溫的速度更慢些,也就是說有很多新煤舊煤溫度更高,卻沒有被優(yōu)先燒掉,哪怕只是相差兩三度,煤耗相差不足1個百分點,但是由于總量巨大,終損失是巨大的,根據(jù)威海電廠的情況,平均下來的入爐煤比入廠煤升溫約5.2度,因自熱產(chǎn)生的煤耗約是0.99%;如果全面監(jiān)測煤溫,采用燒熱存冷原則,那么平均下來的入爐煤比入廠煤升溫約3.8度,因自熱產(chǎn)生的煤耗約是0.74%,按照年消耗360萬噸煤計算,年節(jié)省煤耗0.9萬噸,增加經(jīng)濟效益約500萬元人民幣。

具體計算方法和依據(jù)請見煤耗計算方法

 

四、通過有效手段了解整個煤堆內(nèi)部溫度情況

那么怎樣才能有效執(zhí)行燒熱存冷制度呢?必須通過有效手段了解整個煤堆內(nèi)部溫度情況。

目前市場上檢測煤堆自燃的產(chǎn)品的局限性

人工巡檢是現(xiàn)場為通行的作法,但是靠一兩個工人扛2米的溫度計巡邏根本達不到有效測量密度,熱電阻插入煤堆需要幾分鐘才可以測量準(zhǔn)確,而且煤場很多地方行走不便,煤場環(huán)境惡劣,有斗輪機等大型設(shè)備作業(yè),安排太多的人測溫也非常不安全;

還有電廠使用紅外溫槍或熱成像設(shè)備,該類設(shè)備都只能測量表面溫度,煤堆自熱自燃主要從內(nèi)部開始,所以達不到使用目的,導(dǎo)致選型失敗。所以現(xiàn)場明知預(yù)防自熱自燃的重要性,卻無可奈何。

 

1、測點位置及深度選擇方法

受到供氧量和散熱條件的制約,煤堆自燃的發(fā)源點主要發(fā)生在煤堆側(cè)表面以內(nèi)1米到4米深度范圍內(nèi)。如圖(煤堆豎剖面)所示,首先觀察從煤堆斜面至以內(nèi)1米深度范圍(即黑色實線至紅色虛線之間的區(qū)域),因為緊鄰空氣,煤的散熱量大于發(fā)熱量,所以煤自熱初期所發(fā)出的熱量,不能得到有效積累,不能導(dǎo)致溫度明顯升高,所以這個區(qū)域的煤很難自燃;觀察從煤堆斜面以內(nèi)4米深度至煤堆中心的范圍(即黃色虛線至藍色虛線之間的區(qū)域),因為氧氣供應(yīng)量太少,無法為煤發(fā)熱提供足夠的氧氣,所以很難自燃;觀察煤堆上表面(即灰色實線),因為通風(fēng)量遠遠小于煤堆斜面,所以相對于煤堆斜面,它很不易發(fā)生自熱自燃;觀察煤堆下表面(即綠色實線),因為緊貼地面,供氧量不足,而難發(fā)生自燃;后,觀察從煤堆斜面以內(nèi)1米深度至煤堆斜面以內(nèi)4米深度范圍(即紅色虛線至黃色虛線之間的區(qū)域),這個區(qū)域的供氧量滿足煤發(fā)熱自燃的需要,并且散熱量不足以把煤發(fā)出的熱量及時發(fā)散到空氣中,熱量不斷積累,煤溫不斷加速升高,終導(dǎo)致嚴重的自燃,在該區(qū)域自燃后,大量的熱量不斷向煤堆中心和煤堆表面?zhèn)鬟f(即向藍色虛線和黑色實線方向),終形成我們從煤堆外面看到的冒汽冒煙等現(xiàn)象。所以,當(dāng)我們觀察到煤堆表面某處冒汽冒煙時,并不是表皮首先發(fā)熱自燃,而是表面以內(nèi)1米至4米區(qū)域經(jīng)過一段時間的自燃,終把熱量傳遞出來,形成的結(jié)果。所以觀察表面發(fā)熱自燃只是治標(biāo),觀察表面以內(nèi)1米至4米區(qū)域發(fā)熱自燃才是治本。

綜合考慮溫度監(jiān)測的有效性和實用性,我們往往選擇表面以內(nèi)2米深度的區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域。

 

2、測點高度的選擇

例如200米長度*50米寬度的條形煤堆,在150米長度處的煤堆左側(cè)斜面,斜面高度15米,那么觀察從0米到15米高度的這塊長條區(qū)域,該區(qū)域具有基本相同的供養(yǎng)氧件和散熱條件,所以更容易具有相似的煤的發(fā)熱情況,所以測量其中一點往往具有較強的代表性。考慮到無線測溫探頭在實際操作中的便捷性,和吹風(fēng)方向通常由煤堆斜面的底部沿著煤堆斜面向上(導(dǎo)致煤堆斜面靠近底部的位置供氧量比較大),我們往往選擇從距離地面向上2米的高度,把探頭垂直插入煤堆斜面,插入深度在1米到4米之間。

 

3、測點位置的選擇

   測點越密集,發(fā)現(xiàn)煤的發(fā)熱現(xiàn)象就越早,但是測量設(shè)備的購置和維護成本就越高;反之,測點太稀疏,等到發(fā)現(xiàn)自燃現(xiàn)象就太晚了,自燃感染的區(qū)域就太大了。綜合考慮,既不能讓自燃的感染區(qū)域太大,也不能使設(shè)備的購置和維護成本太高,我們往往選擇沿著煤堆斜面,間隔20米的距離,布置一支測溫探頭。

   考慮到很多煤場的儲煤有不同的來源、批次、煤質(zhì)等差異,所以也可以采用每個批次插入至少一支探頭的策略,該測點就能比較好的反應(yīng)該批次儲煤的發(fā)熱自燃情況。

4、特殊情況下的布置方法

   每個煤場都具有地理、氣候、形狀、土建結(jié)構(gòu)方面的個性,所以煤場負責(zé)人經(jīng)過長期管理實踐,也會發(fā)現(xiàn)該煤場*的發(fā)熱自燃現(xiàn)象,可以根據(jù)這些現(xiàn)象有針對性的布置測溫點。

五、合理全面的溫度監(jiān)控燒熱存冷降煤耗

已經(jīng)實施數(shù)字煤場管理的電廠,可以把煤溫數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)字煤場軟件中,當(dāng)燃料專工使用數(shù)字煤場的配煤功能時,軟件除了提示煤質(zhì)指標(biāo)外,還會提示煤溫指標(biāo),燃料專工可以參考該煤溫指標(biāo),選擇合理配煤方案,降低煤耗。

沒有實施數(shù)字煤場的電廠,可以直接使用聯(lián)網(wǎng)版本的煤溫監(jiān)測軟件觀看煤堆溫度,合理選擇優(yōu)先上煤方案。

總之,當(dāng)燃料專工可以獲得煤溫參數(shù)后,他就可以優(yōu)先使用燒熱存冷的原則去優(yōu)化配煤方案,而不是僅僅靠燒舊存新的老方法。

1、及時發(fā)現(xiàn)自燃點,減少損失

當(dāng)某個測點溫度達到50度的時候,軟件會發(fā)出高等級的報警,現(xiàn)場必須及時行動,根據(jù)測點位置描述,在測點附近尋找自燃點,及時把自燃的煤堆翻開、冷卻、再壓實,后再把測溫探頭插入,繼續(xù)監(jiān)測煤溫。

如果不及時處理,煤溫超過50度后進入快速氧化通道,會很快升溫自燃,更會感染更大區(qū)域的煤堆,造成巨大損失,并且由于感染區(qū)域過大而無法有效處理。

2、經(jīng)濟效益分析

電廠比較常見的儲煤堆大約是200*50*10米,我們以1個這樣大小的煤堆計算其自燃損耗。因為煤堆壓實的效果,初期發(fā)熱層主要集中在煤堆表面以下的1米至4米深度范圍內(nèi),發(fā)熱層以外的存煤發(fā)熱量比較小,暫時不計算在內(nèi),只計算發(fā)熱層內(nèi)的損耗。據(jù)現(xiàn)場測溫經(jīng)驗和與多個電廠輸煤專工的調(diào)研,我們知道,在儲煤7天后,該發(fā)熱層有30%的煤達到或超過36度,70%的煤達到32度;在儲煤20天后,發(fā)熱層擴大至0.5米至5米深度范圍,其中有30%達到或超過46度,有70%達到36度;在儲煤一個月后,發(fā)熱層擴大至表面至超過6米的深度范圍,有30%的煤溫度接近或達到50度,70%達到46度。大多數(shù)電廠都是在發(fā)現(xiàn)煤溫接近或者超過50度的時候才采取降溫措施,而且很多時候,管理員根本不能發(fā)現(xiàn)那些溫度已經(jīng)超過50度的熱點區(qū)域,直到看到煤堆開始冒煙氣或者水汽的時候才采取降溫措施,所以以上數(shù)據(jù)*符合目前燃料管理工作的現(xiàn)狀,根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算得以下自燃損耗表:

儲存周期(天)

周期內(nèi)熱值下降的百分比(%

1200*50*10米的煤堆的周期自燃煤耗(約15萬噸)(單位噸)

周期損耗金額(按照700元一噸計算)(萬元)

該煤堆年自燃損耗(萬元)

7

0.0685

102.75

7.19

375.04

20

0.4603

690.47

48.33

882.08

30

1.1479

1721.79

120.53

1466.39

  以上數(shù)值只計算了自熱層的自燃損耗,自熱層以外還有部分損耗難以統(tǒng)計,沒有計算在內(nèi),這樣,我們很容易理解,當(dāng)存煤周期達到1個月時,電廠很難達到入廠煤和入爐煤的熱值差的考核指標(biāo),因為考核指標(biāo)是1.7%,僅僅計算發(fā)熱層的自燃損耗就高達1.15%,再加上發(fā)熱層以外的自熱損耗、風(fēng)化、雨淋、采制化誤差等,熱值差很容易超標(biāo)。

  經(jīng)過以上科學(xué)嚴謹?shù)姆治觯覀兛吹綔p小自熱自燃損耗是關(guān)系到降低上千萬元成本,和創(chuàng)造上千萬元利潤的大事。

3、應(yīng)用案例

華電安徽某100萬千瓦的電廠于2012112號安裝并運行了煤堆溫度監(jiān)測系統(tǒng),如圖所示,按照20米間隔(或其它測點布置圖)把無線測溫探頭插入煤堆,輸煤辦公室集中監(jiān)測所有測點的溫度,當(dāng)某點溫度達到50度時,軟件報警,輸煤專工采取翻開和壓實的方法及時清除自燃點,避免它擴大面積。經(jīng)過實際運行,該系統(tǒng)達到了盡早發(fā)現(xiàn)自燃點的目的,現(xiàn)場及時清除自燃點,阻值自燃面積擴大,減輕了自燃損耗和環(huán)境污染。而且,使用單位利用該系統(tǒng)改進了輸煤作業(yè)流程,把過去的燒舊存新原則發(fā)展成為燒熱存冷原則,大大提高了煤場管理的科學(xué)性,提高經(jīng)濟效益,減少有害氣體排放。

測點位置

華電安徽某電廠4號條形煤場,煤堆斜面內(nèi)部2米深度

煤種

印尼進口褐煤

傳感器編號

19

日期

時間

測點溫度(攝氏度)

2013/1/19

0:00

21.59

2013/1/19

1:00

21.7

2013/1/19

2:00

21.8

2013/1/19

3:00

21.95

2013/1/19

4:00

22.08

2013/1/19

5:00

22.14

2013/1/19

6:00

22.27

2013/1/19

7:00

22.39

2013/1/19

8:00

22.55

2013/1/19

9:00

22.85

2013/1/19

10:00

23.04

2013/1/19

11:00

23.26

2013/1/19

12:00

23.68

2013/1/19

13:00

24.29

2013/1/19

14:00

24.87

2013/1/19

15:00

25.78

2013/1/19

16:00

26.84

2013/1/19

17:00

28.13

2013/1/19

18:00

29.67

2013/1/19

19:00

32.08

2013/1/19

20:00

36.35

2013/1/19

21:00

42.06

2013/1/19

22:00

46.04

2013/1/19

23:00

50.35

2013/1/20

0:00

55.5(此時采取了翻開冷卻措施)

2013/1/20

1:00

43.81

 

該表格記錄了煤溫監(jiān)測系統(tǒng)如何跟蹤測點溫度變化,發(fā)現(xiàn)自燃熱點,并及時報警,消除熱點的過程。現(xiàn)場工作人員于20日凌晨零點鐘左右發(fā)現(xiàn)軟件報警,現(xiàn)場查看測點位置,在探頭附近發(fā)現(xiàn)了自燃點,并對自燃點采用翻開冷卻措施,消除了自燃事故擴大的隱患!如果沒有該煤溫監(jiān)測系統(tǒng),現(xiàn)場操作工幾乎不可能在凌晨到煤堆上測溫,也就不可能及時發(fā)現(xiàn)這個自燃隱患,該自燃點肯定會不斷擴大自燃范圍,造成更大的煤耗損失。僅僅1月份煤溫監(jiān)測系統(tǒng)就幫助該電廠消除超過10起自燃隱患。

該案例還充分說明,自燃的發(fā)生具有很強的不可預(yù)測性,即使在冬天的凌晨,環(huán)境溫度不足10攝氏度的條件下還是會發(fā)生自燃現(xiàn)象。而且,很多時候自燃的演變速度超過想象,一旦某個熱點發(fā)生自燃,會很快的向周邊區(qū)域蔓延,使得周邊區(qū)域迅速升溫。這個案例中,測點區(qū)域的煤溫只用了24個小時就從21度上升到55度。

六、煤堆溫度在線自動監(jiān)測系統(tǒng)介紹

 

根據(jù)要求,煤堆溫度超過60℃時應(yīng)迅速采取降溫措施,并進行倒堆,溫度超過80℃,應(yīng)及時采取降溫措施并開堆使用。發(fā)現(xiàn)煤堆超溫或自燃,必須采取對自燃煤噴水降濕、翻堆噴水等滅火措施。為防止煤堆自燃,確保煤場作業(yè)人員的人身安全,保證煤場設(shè)備的安全穩(wěn)定運行,減少煤炭的損失,我公司開發(fā)一款智能型無線溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng),較傳統(tǒng)的測溫設(shè)計方法,省時省力、可以做到24小時無人監(jiān)測狀態(tài),精度高且不受環(huán)境影響、性價比高等優(yōu)點,目前已廣泛應(yīng)用于各大煤場、電廠等煤堆溫度監(jiān)測領(lǐng)域,因可靠性和穩(wěn)定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

如上圖所示,電腦服務(wù)器通過無線接收器接收現(xiàn)場各個溫度點的信號,現(xiàn)場每個溫度點都有*的編號與上位機軟件一一對應(yīng)。整個系統(tǒng)組網(wǎng)可以對大型場地進行高達6千多溫度點的實時集中監(jiān)測。

 

 4.1系統(tǒng)描述
  TX-3D煤堆測溫儀和TX-3DL測溫電纜是整個系統(tǒng)的核心,主要作用是準(zhǔn)確采集煤堆內(nèi)部溫度數(shù)據(jù),存儲在測溫儀和采集分機內(nèi)。測溫主機接收數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)。
  2.2技術(shù)指標(biāo)
  TX-3D測溫桿尺寸:1—6

 

 “無線發(fā)射儀無線接收器介紹

1、無線發(fā)射測溫桿:(包括插入式金屬測溫桿和無線發(fā)射裝置,可直接插入煤堆中)。

 

2、無線發(fā)射裝置:

內(nèi)置鋰電池供電,可以實時循環(huán)顯示測溫桿內(nèi)多個測點的溫度,并實時發(fā)射出去。無線發(fā)射距離長達1000米,也可增加中繼器實現(xiàn)更遠距離的無線傳輸。通過無線ZIGBEE和上位機通訊。可修改不同地址的模塊,由此可以達到多個模塊通過無線方式共同組網(wǎng)的應(yīng)用。內(nèi)置看門狗,保證長期可靠運行。

 

3、金屬測溫桿:

標(biāo)準(zhǔn)測溫桿為2米(3個測溫點),如果有特殊需求通常有1(2個測溫點)2(4個測溫點)3(6個測溫點)4(8個測溫點)5(10個測溫點)6(12個測溫點)等其他長度可定制。

 

TX-3DL測溫電纜:根據(jù)客戶定制長度與感溫點數(shù)
  TX-3D測溫桿外殼:不銹鋼
  溫度范圍:-55~125

測溫精度:0.3

測溫分辨率:0.1
  TX-3D傳輸距離:500米組網(wǎng)GPRS模式傳輸無距離限制

TX-3DL傳輸距離:射頻上傳視距3公里或GPRS模式傳輸無距離限制

TX-3D供電:內(nèi)置電池

TX-3DL供電:外置硅能電池或220V室電
  環(huán)境溫度:-40~86攝氏度

  3、通訊傳輸
  TX-3D通過射頻組網(wǎng),GPRS上傳,服務(wù)器處理顯示,短信報警

TX-3DL電纜組網(wǎng),射頻上傳或GPRS上傳,軟件顯示,短信報警
  特點:
  省電模式:軟件喚醒,上位機軟件喚醒采集,不采集供電,有效的增加電池和設(shè)備使用壽命。

3.1組網(wǎng)技術(shù)
  一個測溫主機可接收256TX-3D煤堆測溫儀

一個測溫分機可接多根TX-3DL測溫電纜、可測512個感溫探頭

 

 

 

 

7露天煤場煤堆防自燃煤倉溫度自動監(jiān)測監(jiān)控報警系統(tǒng)在線監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖

 

TX-3D煤堆溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)/煤堆測溫儀的詳細資料:

 產(chǎn)品咨詢:北京鴻鷗儀器(bjhoyq

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