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1、2006涩北燃压机组培训,编写：王辉中国石油天然气股份有限公司管道技术服务中心2006年11月3日,2023年2月25日,第2页,主 要 内 容,一、压气站概况二、压气站场站工艺三、燃压机组原理及结构简介四、燃气轮机辅助系统五、空气压缩及干燥系统六、天然气发电机组及MCC七、机组防火和瓦斯探测系统,2023年2月25日,第3页,一、压气站概况,1、总述涩北压气站于2005年11月14日投产运行。羊肠子沟压气站和乌兰压气站分别于2006年10月12日和2006年10月18日点火试运成功。涩北首站建有2套燃气轮机拖动的离心压缩机组，将输气压力由原来的4.5MPa提高到6.3MPa。涩北首站使用美国
2、solar公司的金牛星70燃气轮机和德国MAN TURBO公司的RV040/02型管线压缩机为主要设备，组成燃压机组。另配有2套天然气发电机组和空气压缩及干燥系统，为燃压机组运行提供电力和干燥空气。其它各站选定solar公司Titan130燃气轮机和MAN TURBO公司的RV050/04型压缩机，组成燃压机组。,2023年2月25日,第4页,2、缩写字及燃机词汇,1）UCP：unit control panel 机组控制面板2）PLC：programming logic controller可编程逻辑控制器3）MCC：motor control centre马达（电动机）控制中心4）GG：g
3、as generator 燃气发生器5）GT：gas turbine 燃气涡轮（透平）6）PT：power turbine 动力（自由）涡轮7）ASV：anti surge value 防喘阀（再循环阀）8）SCS：system control station 站控系统 9）VFD：variable frequency drive 变频驱动10）PCD：压气机排气压力,2023年2月25日,第5页,燃气轮机:（单机）把热能转换为机械功的旋转机械，包括压气机、加 热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备。开式循环：工质从大气进入燃气轮机，再排入大气的热力循环。透平（涡轮）：利用工质的膨
4、胀产生机械动力的燃气轮机部件。压气机：利用机械动力增加工质的压力，并伴有温度升高的燃气轮机部件 燃烧室：燃料（热源）与工质发生反应，增加工质温度的燃气轮机部件。燃气发生器：产生高温压力燃气，输送给工艺流程或自由动力透平的燃气轮机的组件。注：它由一个或多个旋转压气机、与工质相关的热设备、一个或多个驱动压气机的透平、控制系统以及基本的辅助设备组成。自持转速：燃气轮机转子能够正常运行的最小转速，此时，不需要外力 来维持燃气轮机的稳态运行或使转子加速。,2023年2月25日,第6页,3、燃气轮机燃气轮机的用途 燃气轮机产生旋转力矩，为增压压缩机提供机械能。金牛星70燃气轮机 金牛星70燃气轮机是一种独
5、立的全集成原动机，它是双轴轴流式设计，其压气机是前四排定子可调的14级轴流式压气机,压缩比16：1，燃气发生器100%转速是15200转/分。其燃气涡轮和动力涡轮的轴是分开并各自独立的。轴流的含义 进入发动机的空气是与旋转的轴平行的气流。,2023年2月25日,第7页,双轴（分轴）的含义,NGP：以百分比表示的燃气发生器转速NPT：以百分比表示的动力透平转速,2023年2月25日,第8页,燃机主要包括：（1）辅助驱动设备；（2）空气进气道；（3）前四排定子可调的14级轴流压气机；（4）带有12个燃料喷嘴的环形燃烧室；（5）2级燃气涡轮组合；（6）2级动力涡轮组合；（7）涡轮排气收集器。,202
6、3年2月25日,第9页,燃气轮机优点 燃气轮机的连续动力循环和回转运动使其与其它类型的引擎相比具有以下几方面的优势：重量轻、低维护、运动部件少、磨损点少。燃机在压气机内产生压缩空气，在燃烧室内与燃料混合（空气与天然气混合成比）燃烧，由四级涡轮组合产生动力，其轴流气动设计使机组的效率较高，另外，循环参数经过选择，每一部分都采用气动设计，已达到可能的最佳性能，使机组在工业应用中运行可靠，寿命长。,2023年2月25日,第10页,4、离心压缩机,压缩机的用途 压缩机的功能是增加天然气的压力。气体压缩机是压缩机机组的从动设备，压缩机通常被来自发动机的一个直接驱动轴所驱动。RV040/02型压缩机 涩北
7、首站的增压设备采用德国曼透平公司提供的RV040/02型，2级叶轮，直径为400毫米的压缩机。壳体垂直剖分，管口水平布置。压缩机有一个完整的、容易抽出的内芯，它包括转子、隔板、轴承和密封。压缩机优点 高效率，高强度工业设计，安装简便，运行费用低，易操作，易保养维护，适用流量范围广。,2023年2月25日,第11页,5、燃压机组性能参数,2023年2月25日,第12页,二、压气站场站工艺,1、涩北首站主要分区 涩北首站工艺设施分区有：1）燃压机组区：设有燃压机组厂房、空气进气系统、润滑油冷却器、天然气冷却器、防喘阀、机组进出口阀、加载阀和机组出口管线放空等。2）过滤分离区：设有卧式过滤分离器3台
8、（2用1备）。3）调压计量区：调压橇主要对天然气进行过滤、计量、加热、调压后供给燃气轮机、燃气发电机。4）空气压缩及干燥区：整个系统由空气压缩机、缓冲罐、除油器、干燥机、过滤器、储气罐等组成。该系统为1用1备，除储气罐安装在室外，其它均成橇安装在室内。5）发配电区：发配电区包括2套天然气发电机组、MCC、配电柜。6）放空区：设有放空立管1座，配有电点火装置和火炬头。根据放空量大小可以采取直接放空或火炬放空。,2023年2月25日,第13页,2、压气站流程,2023年2月25日,第14页,3、启机前检查内容启动气压力是否正常。（压力在1.9Mpa左右）燃料气压力是否正常。（压力在1.9Mpa左右
9、）加载阀上下游的两个球阀是否打开。压缩机的干气密封和隔离气阀门是否打开。干气密封的加热器是否工作正常。启动气阀门是否全打开。燃料气阀门是否全打开。燃气轮机的仪表气阀门是否打开。气启动马达油位是否正常。燃气轮机的消防系统是否打在自动位置。机组MCC面板上的开关是否在自动位置；空压机运行及出口压力是否正常；,2023年2月25日,第15页,4、盘车的流程准备,检查调压撬上启动气的压力是否正常。启动空压机，使压力达到0.7MPa以上。检查启动气支路阀门是否全部打开。检查燃机内部有无泄漏。检查燃机的启动马达油位是否正常。检查完毕，向站控室值班人员汇报，值班人员在控制柜上按下盘车。盘车有两种自动和手动。
10、盘完车后，将启动气支路阀门关闭，将空压机关闭。,2023年2月25日,第16页,5、燃压机组的ESD系统 燃压机组的ESD系统在下列任一信号发出时，将使正在运行的压缩机组按预定的程序停车，并自动关闭压缩机组的进出口阀，防喘振阀和压缩机出口管线放空阀自动打开，压缩机组和相关的管道减压，燃料气供给系统关闭，当可燃气体浓度超过设定的安全值时，机组通风系统启动。以下原因将引起ESD系统启动:UCP的ESD按钮动作；接到控制中心或SCS的ESD命令；燃气轮机或压缩机轴承振动超高；燃气轮机或压缩机轴承温度超高；燃压机组密封泄漏；润滑油系统故障；燃气轮机机罩内可燃气体浓度超过20%LEL；火灾报警；,202
11、3年2月25日,第17页,1、燃气轮机工作原理 燃气轮机的主要工作过程：压缩过程：常压空气被压缩。燃烧过程：将燃料加入到压缩的空气中去，并点燃。膨胀过程：空气和燃烧气体通过燃烧室膨胀。排气过程：空气和燃烧气体被排放到大气中去。,三、燃压机组原理及结构简介,2023年2月25日,第18页,在燃气轮机中发生的热动力的过程是连续的气动系统将动力传递到压气机转子，通过压气机转子将空气输入到压气段。压缩的空气通过扩压器，部分动能转换成压力能，并进入燃烧室。在燃烧室突出部位的火炬，点燃进入燃烧室的燃料与空气混合物，被压缩的空气和燃料维持满足要求的气流持续燃烧，燃烧室内的温度迅速增高，引起燃烧气体的体积膨胀
12、，气流速度加快。气体通过涡轮段膨胀，涡轮转子的旋转运动或动力能是由气体喷射在涡轮转子叶片上面产生的。,2023年2月25日,第19页,2、压缩机工作原理离心式压缩机：气体在离心式压缩机中的运动，是垂直于压缩机的径向进行的。右图是离心式压缩机的简图。气体由吸气室吸入，通过 叶轮对气体做功，使气体 压力、速度、温度提高。然 后流入扩压器，使速度降低，压力提高。流道和回流器主 要起导向作用，使气体流入 下一级继续压缩。最后，由 末级出来的气体经蜗室和出 气管输出。,2023年2月25日,第20页,喘振 压缩机在一定的转速下运行时，如果空气流量减小到一定程度，运行工况点进入了喘振边界线左侧的区域，那么
13、整台压缩机就不能稳定地工作。这时，空气流量会忽大忽小，压力会时高时低，甚至出现气流向压缩机进口方向倒流的现象，同时还会发生巨大声响，机组伴有强烈振动，这种现象称为喘振。防喘控制系统 防喘控制系统通过再循环工艺气、减少压头和增加流经压缩机的流量来预防压缩机的喘振，防喘控制系统由压缩机进、出口温度传感器和压力传感器，跨接进口管节流孔的流量变送器、控制系统算法和再循环控制阀（防喘阀）等组成。当状态跌落到喘振区时，控制系统就打开再循环阀，当状态回到安全区时，控制系统就关闭了再循环阀。,3、喘振,2023年2月25日,第21页,4、燃气轮机结构简介机组外部结构图,2023年2月25日,第22页,燃气轮机
14、内部结构图,2023年2月25日,第23页,燃气轮机结构示意图,2023年2月25日,第24页,放气阀,控制系统放气阀的功能是：在机组加速和低速运行时，使得燃机离开压气机喘振区。放气阀是由电气控制和液压驱动的。当放气阀打开时，从压气机出来的压缩空气不经过涡轮直接进入排气道。,2023年2月25日,第25页,燃气轮机压气机动叶,2023年2月25日,第26页,压气机静叶,可转导片系统用来预防压气机喘振以及使燃气轮机在其运行的过程中保持最佳的性能。可转导片系统用附属油缸驱动执行器来带动可转导叶的连杆。用于这个执行器的电控信号范围是4mA对应全关，20mA对应全开。,2023年2月25日,第27页,
15、压气机压缩原理图,2023年2月25日,第28页,径向轴承,2023年2月25日,第29页,径向推力轴承,2023年2月25日,第30页,主油泵,主油泵润滑部位有：齿轮箱组件燃气发生器（1-4号轴承）动力涡轮（5号轴承）压缩机轴承燃气轮机放气阀可调导叶执行器做液压油,2023年2月25日,第31页,超前-置后润滑油泵 超前-置后泵的功率是3.72KW，3相380V AC 50Hz。,2023年2月25日,第32页,后备润滑油泵,后备泵功率1.1kw，120V DC，1650rpm。后备泵的润滑部位：燃气发生器和动力涡轮。,2023年2月25日,第33页,5、压缩机结构简介压缩机装配图,2023
16、年2月25日,第34页,压缩机透视图,2023年2月25日,第35页,压缩机内筒体,2023年2月25日,第36页,压缩机叶轮,2023年2月25日,第37页,密封和平衡盘,2023年2月25日,第38页,叶轮叶片,2023年2月25日,第39页,压缩机密封气管线,2023年2月25日,第40页,干气密封,2023年2月25日,第41页,密封示意图,2023年2月25日,第42页,干气密封原理图,2023年2月25日,第43页,四、燃气轮机辅助系统,标准的燃气轮机辅助系统包括有：启动系统燃料系统润滑系统空气系统电气（控制）系统,2023年2月25日,第44页,1、启动系统启动系统给燃气轮机提供
17、旋转能量以便使透平加速到运行速度。气动启动系统提供燃气轮机怠转所需的旋转驱动力,燃气轮机需要启动器的帮助,直到达到自持转速（即60%NGP）。当燃气轮机加速超过60%NGP之后，气动气源就关断，燃气轮机靠自己的动力继续加速直到慢车转速。气动压力气经启动器入口给初始启动电磁阀入口提供先导压力气。当预润滑周期完成和燃机启动前的检查满足要求之后，控制系统就启动启动系统，先导压力气打开启动器进口压力调节器/关断阀，高压气体带动启动马达旋转，启动马达带动涡轮，经预先设定的时间之后，燃机开始清吹怠转期。,2023年2月25日,第45页,在清吹怠转期内，燃机的燃料气阀门关闭，也未点火，（一段时间之后清吹结束
18、）清吹定时器电路定时开始。空气进入燃烧室。在清吹周期完成之后，燃机启动器的进口压力调节器/关断阀就完全打开，并提供大量的怠转压力气进入启动马达，启动加速时，燃料气和点火系统就开始工作。当燃气轮机转速达到60%NGP时，启动器关闭，启动机离合器超速，启动机退出，燃机靠自己的动力继续加速。2、燃料系统燃料气系统根据控制系统要求，提供满足燃机要求压力和流量的燃料气。气体燃料系统可将燃料在所需的压力下输入到燃烧室中去，在运行中燃料的增加和调节是燃料系统自动按程序进行的。,2023年2月25日,第46页,3、润滑油系统 提供经过过滤的润滑油，供给燃气轮机轴承和机组的各种运行和对温度有限制的元件。润滑油系
19、统由机组控制系统监控。润滑油系统由三个相互联系的分系统组成：超前置后润滑油系统；主润滑油系统；备用润滑油系统。超前置后润滑油系统:超前置后润滑油系统在燃气轮机启动之前和停机之后，给燃气轮机轴承及从动设备提供润滑。超前置后润滑油系统的运行与主润滑油泵是无关的，超前置后滑油系统能在控制系统管理下，在主滑油泵发生故障时临时提供滑油。,2023年2月25日,第47页,主润滑油系统:当燃气轮机在运转时，主润滑油系统给燃机轴承提供润滑油。备用润滑油系统:当超前置后润滑油系统故障时，备用后置润滑油系统给燃机轴承提供润滑油。4、空气系统大量空气进入发动机用于供应燃烧过程。另外还有同等重要的功能是：使油密封增压
20、、冷却涡轮转子盘、第一级喷嘴，防止喘振产生和辅助控制燃料系统。5、电气系统电气控制系统提供有开关、控制器、监视器和指示器，它们都是为达到对机组进行自动起动、加速运行和停机所必需的。,2023年2月25日,第48页,五、空气压缩及干燥系统,1、空气压缩及干燥系统的作用 仪表用气 离心压缩机隔离气 空气滤芯清吹用气2、系统组成 空气压缩及干燥系统主要由以下部件组成：空气压缩机 缓冲罐 高效除油器 无热再生吸附式干燥机 过滤器 储气罐,2023年2月25日,第49页,3、螺杆式空压机优点 涩北首站所采用的空气压缩机是复盛SA-30型螺杆式空气压缩机，与其它压缩机相比，它有如下的优点：1）凭自身产生的
21、压力差不断向压缩室和轴承注入润滑油，简化了复杂的机械机构。2）注入的润滑油可在转子之间形成油膜，副转子可直接由主转子带动，无须借助高精度的同步齿轮。3）喷入的润滑油可以增加气密的作用。4）润滑油可降低因高频压缩所产生的噪音。5）润滑油可以吸收大量的压缩热，因此单级压比即使高达16也可使排气温度不致过高，转子与机壳之间不会因膨胀系数不同而产生摩擦。,2023年2月25日,第50页,4、微油螺杆式空压机的机体构造 基本结构 双轴容积式回转型压缩机进气口位于机壳上端，排气口开于下部，一对高精度主(阳)、副（阴）转子，水平且平行装于机壳内部，主转子有五个齿，而副转子有六个齿，主转子直径大，副转子直径较
22、小，齿形呈螺旋状，两者齿形相互啮合，主、副转子两端分别由轴承支撑定位。啮合 电动机经皮带带动主转子，由于两者相互啮合，主转子即带动副转子一同旋转。冷却润滑油由压缩机机壳下部经由喷油嘴直接喷入转子间啮合部分，并与空气混合，带走压缩产生的热量，达到冷却效果。同时形成油膜，防止转子间金属与金属直接接触。喷入的润滑油亦可减少高速压缩造成的噪音。由于排气压力的不同，喷油的重量约为空气重量的十倍。,2023年2月25日,第51页,5、螺杆式空压机压缩原理（1）吸气过程 当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口的自由空气相通，外界空气即被吸入在由主副转子及
23、壳体组成的封闭腔内。当空气充满了整个齿沟时，转子的进气侧端面转离了机壳的进气口，在齿沟间的空气即被封闭，以上为“进气过程”。,2023年2月25日,第52页,（2）封闭及运输过程 主副两转子在吸气终了时，其主副转子齿峰会与机壳封闭，此时空气在齿沟内封闭不再外流，即“封闭过程”。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气段吻合，啮合面逐渐向排气端移动，此即“输送过程”。,2023年2月25日,第53页,（3）压缩及喷油过程 在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，主副转子齿间封闭容积逐渐减少，齿沟内的气体逐渐被压缩，压力提高，此即“压缩过程”。而压缩的同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与空气混合。,
24、3、压缩及喷油行程,2023年2月25日,第54页,（4）排气过程 当主副转子的封闭容积转到与机壳排气口相通时，被压缩气体开始排出，直至两转子的齿间容积为零，即完成“排气过程”，与此同时，主副转子的另一对齿已转至进气端，形成最大空间，开始吸气过程，由此开始一个新的压缩循环。,4、排气过程,2023年2月25日,第55页,6、空压机联锁控制系统空气经空压机压缩后，通过缓冲罐，经前置过滤器、干燥机及后置过滤器至压缩空气出口，再到储气罐，为机组提供清洁、干燥空气。1号空压机运行后，2号空压机及2号干燥机为备用机，处于停机待命状态。空压机主、备机切换时间可以设定。当空压机累计运行时间达到设定值后，1号
25、空压机将切换至2号空压机运行。联控运行的1号主机在运行过程中发生重故障造成停机时，2号备机将自动启动运行，同时2号前置过滤器、2号干燥机、2号后置过滤器投运。当总管网压力低于设定压力值时，空压机启动。当总管网压力高于设定压力值时，空压机待机。干燥机为双塔，当空气流经一个塔被干燥时，另一个塔则通以微量干燥压缩空气，采用降压、吹洗的方法，使已经吸附了水分的干燥剂进行解吸再生，干燥剂解吸并将水分排出机外。双塔交替连续工作输出干燥洁净的压缩空气。,2023年2月25日,第56页,过滤及干燥系统图,2023年2月25日,第57页,六、天然气发电机组及MCC,1、发动机 涩北首站采用卡特彼勒G3412燃气
26、发电机发电作为压缩机组运行的动力源，G3412额定功率为350kw。该套机组的发动机是燃油/气两用的发动机，其主要燃料为天然气。进气系统与汽油发动机相类似，拥有调整混合比的调节机构，它又有一般发动机的机构：进/排气系统、点火系统、润滑冷却系统、发电机电控系统、发动机的其他机构(机械部分)等。进气系统：所进空气和燃料气混合成一定比例后，经过调流(调压)板后进入汽缸。该混合比一经调好不再变化(除非再次设定)，故我们可以看见发动机的调流(调压)板连杆不停的来回摆动，尤其是冷车、空载的情况下。,2023年2月25日,第58页,冷却润滑系统：冷却润滑系统分为冷却系统和润滑系统，该系统是保障发动机安全运行
27、的重要系统。润滑油系统工作不正常时，会造成发动机早期磨损，减少运行周期，严重时会影响到发动机的使用寿命。因此对润滑油系统的维护保养工作十分重要！冷却液系统工作不正常时，会造成发动机温度过高，也会影响发动机的使用寿命，造成早期磨损。冷却液选用“长效型”使用周期为6年，在此期间要定期检查冷却液液位。润滑油的更换周期为750Hr，即每750Hr便要对其进行更换，而这期间如存在润滑油油位低于润滑油标尺“ADD”位时，要对其进行补充添加 机油压力低报警设定值为220KPa，停机设定值为200KPa。冷却液温度高报警值为107，停机设定值为110，并要求发动机缸套水温要保持在21以上。,2023年2月25
28、日,第59页,点火系统：汽缸为“V”字形排列，夹角为65，共有12个缸，其中每个缸体前端都拥有一个独立的点火火花塞。当控制系统发出点火命令时，各个气缸内将会依照1-5-3-6-2-4的次序开始点火。发电机电控系统 发电机：该发电机为卡特比勒SR4B型发电机，配有线圈空间加热器，当机组停机后，它会自动加热。电源为220V交流电压，配有220VAC/27VDC变压器，当机器停止转动时，给蓄电池充电，以保持蓄电池电压的恒定。,2023年2月25日,第60页,控制开关,2、天燃气发电机的启动与停机,手动启动将发动机控制开关置于手动启动“MAN.START”位置。观察启动是否成功，此段时间一般不超过30
29、秒。连续启动次数不能超出3次，否则蓄电池电压将会低于正常启动电压。自动启动自动启动须将发电机组控制开关置于“AUTO”位置，此时远程启动/停止继电器处于闭合，发动机能自行启动。然后从发电机并车柜上选择“负载”。如发电机组无故障存在，则将在15秒之内带载自动运行（正常情况下当运行机组故障停机时，备用机组会在30秒之内自动切换并带载运行）。,2023年2月25日,第61页,停机远控状态下，只需在并车柜上按下“备用”即可。并车柜功率分配器会自动将带载功率降至50kw以下后卸载。近控时将发动机控制开关旋转至“Cooldown.Stop”位置，发动机低怠速运转（冷吹）5分钟左右后自行停机。发电机联控运行
30、当发电机工作在一用一备工作状态时，将备用发电机的控制开关置于“AUTO”位置，并将发电机并车柜控制页面的控制按钮置于“后备”位置。当主用发电机发生故障时，备用发电机会自动启动并带载运行。,2023年2月25日,第62页,3、MCC马达控制中心介绍Motor Control Center马达控制中心马达控制中心说明：马达控制中心是各种电动机，加热器及燃机机罩内照明等用电的配电装置。尺寸为（LWH）mm 25005002400 重量为1360Kg。模块结构，每个模块主管一路负载。,2023年2月25日,第63页,MCC控制盘的作用：超前-置后滑油泵电机 3.72kw AC 3相 380V 50Hz
31、润滑油冷却风扇电机(VFD)7.5kw AC 3相380V 50Hz箱体通风风扇电机 7.5kw AC 3相 380V 50Hz干气密封气加热器 10kw AC 3相 380V 50Hz 润滑油箱加热器 25kw AC 3相 380V 50Hz箱体空间加热器 7.5kw 380V AC 3相 50Hz压缩机出口冷却风扇电机 15kw 380V AC 3相 50Hz电机内空间加热器 220V AC 单相 50Hz 均为75kw箱体照明用电 220V AC 单相 小于300w蓄电池充电器 3kw 220V AC 单相 50Hz,2023年2月25日,第64页,1、机组防火和瓦斯探测系统主要包括以下
32、组件：火焰探测器 紫外线（UV）火焰探测器（4个）热探测器（2个）瓦斯探测器 红外（IR）吸收式瓦斯探测器（4个）一次性和延时释放电磁阀CO2 喷头压力开关报警/频闪灯,七、机组防火和瓦斯探测系统,2023年2月25日,第65页,UV火焰探测器（4个）,2023年2月25日,第66页,热探测器（2个）,2023年2月25日,第67页,红外（IR）吸收式瓦斯探测器（4个）,2023年2月25日,第68页,CO2 喷头,2023年2月25日,第69页,报警/频闪灯,2023年2月25日,第70页,2、CO2灭火系统功能,该系统共有4只二氧化碳气瓶，其中2只气瓶用于快速排放（初始释放）。在动作几秒钟内，有足够的二氧化碳从初始排放系统进入机组，迅速地建立起灭火浓度。与此同时，通风系统的调节风门都被关闭。另外两只二氧化碳气瓶用于后继排放。第一组初始排放气瓶所产生的二氧化碳浓度，由延续排放系统来继续补足更多的二氧化碳，逐步补充来维持一个很长的时间。,2023年2月25日,第71页,结 束,
