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概述
danfeishengchanshigaonenghaodegongye,qishengchanchengbenzhuyaoqujueyuxitongdenenghao,xitongnenghaochuleyucaiyongdegongyiliuchengyouguanwai,zaihendachengdushangqujueyuxitongkongzhidesuanfajiwendingxing,yinci,huafeishengchanguochengdekongzhixitongduizhenggeshengchanchengbenjuyouguanjianyiyi。 氮肥生產係統是由一個個相對獨立的單元(工段)zuchengde。gedanyuanzhijianjuyoumiqieguanxi。shangyidanyuandechanpinhuoshuchu,jiweixiayidanyuandeyuanliaohuoshuru,gegedanyuanxianghujinmilianxixingchengyigelianxudeshengchanguocheng。gegedanyuanzaidiyushangxianghufensan,danjuliyoubuhenyuan。zhenggeshengchanguochengkeyifenweizaoqi、脫硫、壓縮、變換、脫碳、合成、甲醇、尿素等主要單元(工段)。上述各單元(工段)的操作在工藝上密切聯係,但在地域上分散、在控製上相對獨立。
浙江威盛DCS在氮肥生產過程控製方麵具有許多特點:
● 生產工藝的優化控製。 ● 各單元工藝參數的集中監控。 ● 在緊急情況下的遙控措施(閥門、馬達等)。 ● 必要的報警和聯鎖。 ● 方便地查閱實時趨勢和曆史趨勢。 ● 可以與企業管理網相連,實現數據共享。
1、造氣
造氣一般是以塊煤為原料,采用間歇式固定層常壓氣化法,在高溫和程控機油傳動控製下,交替與空氣和過熱蒸汽反應。反應方程式: 吹風 C+O2→CO2+Q
CO2+C→2CO-Q
上、下吹 C+H2O(g) →CO+H2-Q
A、 吹風階段

吹風階段的主要作用是產生熱量,提高燃料溫度。
B、 上吹(加氮)階段

上吹階段的主要作用是置換爐底空氣,吸收熱量、製造半水煤氣,同時加入部分氮氣。
C、 下吹階段
下吹階段作用是製取半水煤氣,吸收熱量,使上吹後上移的氣化層下移。
D、二上吹階段
二上吹的主要作用是將爐底及進風管道中煤氣吹淨並回收,確保生產安全。
E、 吹淨階段
吹淨的主要作用是回收造氣爐上層空間的煤氣及補充適量的氮氣,以滿足合成氨生產對氮氫比的要求。

造氣工藝流程圖
控製方案
在zai生sheng產chan中zhong,一yi般ban均jun是shi多duo個ge造zao氣qi爐lu組zu成cheng一yi組zu。在zai多duo台tai造zao氣qi爐lu同tong時shi投tou入ru運yun行xing時shi,為wei了le保bao證zheng造zao氣qi爐lu在zai吹chui風feng階jie段duan的de風feng量liang,必bi須xu對dui造zao氣qi爐lu的de吹chui風feng階jie段duan進jin行xing順shun序xu控kong製zhi。
對造氣爐進行吹風排序,也就是要實現吹風時間自尋優及動態跟蹤。下麵以4個造氣爐為例加以說明:
當(dang)任(ren)啟(qi)動(dong)一(yi)個(ge)造(zao)氣(qi)爐(lu),或(huo)任(ren)意(yi)停(ting)止(zhi)一(yi)個(ge)造(zao)氣(qi)爐(lu),其(qi)吹(chui)風(feng)間(jian)歇(xie)時(shi)間(jian)隨(sui)之(zhi)改(gai)變(bian)。啟(qi)動(dong)或(huo)停(ting)止(zhi)造(zao)氣(qi)爐(lu)之(zhi)後(hou),各(ge)爐(lu)都(dou)要(yao)進(jin)行(xing)重(zhong)新(xin)調(tiao)整(zheng),按(an)照(zhao)計(ji)算(suan)的(de)時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)初(chu)始(shi)化(hua),即(ji)各(ge)爐(lu)在(zai)對(dui)應(ying)時(shi)間(jian)重(zhong)新(xin)從(cong)第(di)一(yi)個(ge)工(gong)序(xu)循(xun)環(huan)下(xia)去(qu),其(qi)原(yuan)理(li)框(kuang)圖(tu)如(ru)下(xia):

4個造氣爐吹風排序原理框圖

初始化原理框圖
控製效果
采用DCS係統控製一組(多台)造氣爐的運行,可實現對造氣爐吹風排序的優化控製,並可對溫度壓力等數據進行實時采集、調節,從而使爐況長期穩定,煤氣氣質明顯提高,達到節能增效目的。DCS的應用還可避免因人工的隨意性和誤操作而引發事故,並有利於企業全麵數據管理。

10個造氣爐吹風排序圖

造氣爐控製圖

參數控製圖

溫度參數圖
溫度趨勢圖

含量趨勢圖
報警事件管理

安全管理係統
造氣策略組態圖
2、變換
工藝簡介
經jing過guo壓ya縮suo有you一yi定ding壓ya力li的de半ban水shui煤mei氣qi先xian經jing過guo油you水shui分fen離li器qi,除chu去qu煤mei氣qi中zhong的de油you物wu。然ran後hou進jin入ru飽bao和he塔ta的de下xia部bu與yu熱re水shui進jin行xing交jiao換huan後hou升sheng至zhi一yi定ding溫wen度du,經jing過guo氣qi水shui分fen離li器qi分fen離li出chu煤mei氣qi中zhong的de水shui份fen。去qu除chu水shui分fen的de煤mei氣qi進jin入ru預yu熱re交jiao換huan器qi,與yu中zhong變bian爐lu出chu口kou的de高gao溫wen煤mei氣qi進jin行xing兩liang次ci熱re交jiao換huan後hou,進jin入ru中zhong變bian爐lu,在zai觸chu媒mei的de催cui化hua作zuo用yong下xia,煤mei氣qi中zhong的de一yi氧yang化hua碳tan發fa生sheng反fan應ying,生sheng成cheng二er氧yang化hua碳tan,中zhong變bian爐lu的de爐lu體ti內nei有you三san層ceng反fan應ying區qu,在zai正zheng常chang的de工gong藝yi狀zhuang況kuang下xia,第di一yi層ceng的de反fan應ying溫wen度du控kong製zhi在zai450℃左右,第二層反應溫度控製在400℃左右,第三層的反應溫度控製在380℃左zuo右you。反fan應ying後hou出chu中zhong變bian爐lu的de變bian換huan氣qi進jin入ru與yu入ru口kou水shui煤mei氣qi進jin行xing熱re交jiao換huan的de兩liang級ji熱re交jiao換huan器qi後hou,再zai進jin入ru低di變bian爐lu使shi變bian換huan氣qi中zhong的de一yi氧yang化hua碳tan進jin一yi步bu變bian換huan,經jing過guo兩liang次ci變bian換huan的de水shui煤mei氣qi成cheng為wei合he格ge的de變bian換huan氣qi後hou,經jing熱re水shui塔ta,冷leng卻que塔ta之zhi後hou送song入ru下xia一yi工gong段duan進jin行xing後hou續xu處chu理li。

變換工藝流程圖
控製方案
在zai變bian換huan工gong段duan中zhong,比bi較jiao典dian型xing的de控kong製zhi回hui路lu包bao括kuo入ru變bian換huan氣qi汽qi比bi調tiao節jie,中zhong變bian爐lu煤mei氣qi副fu線xian流liu量liang調tiao節jie,中zhong變bian爐lu中zhong段duan溫wen度du噴pen水shui控kong製zhi,中zhong變bian爐lu下xia段duan溫wen度du噴pen水shui控kong製zhi,飽bao和he塔ta液ye位wei控kong製zhi,水shui分fen出chu口kou煤mei氣qi溫wen度du的de調tiao節jie等deng幾ji部bu分fen。
rubianhuanzhengqiliuliangyurubianhuanbanshuimeiqiliuliangdebizhitiaojiecaiyongxianjinkongzhiqi,duibizhikongzhiqidegeidingzhijinxingxiuzheng,bingshezhimeiqiliuliangbianhuasulvkongzhiqilaifangzhizaixitongjiajianliangshi,zhongbianluchukouCO超標,達到汽氣比控製的目的。
中變爐的上、中、下段溫度調節和水分出口煤氣的溫度控製采用經典調節模式(PID、前饋、串級調節等)。

入氣汽比調節框圖
中變爐上段溫度調節框圖
中變爐中段/下段溫度控製、飽和塔液位控製框圖
水分出口溫度串級調節框圖
調節操作畫麵

操作記錄畫麵
流量比值調節趨勢
3、脫碳
工藝簡介
含有一定濃度(CO2)的變換氣進入吸收塔內。氣體中CO2被逆流流下的碳酸丙烯酯所吸收。淨化CO2氣脫至所要求的濃度由塔頂排出,成為可供用戶使用的工藝氣。吸收CO2後的碳酸丙烯酯富液經渦輪機回收能量後,在高壓閃蒸槽內閃蒸。高壓閃蒸液再到減壓槽進行減壓閃蒸。減壓閃蒸汽相含濃度較高的CO2,可ke供gong用yong戶hu使shi用yong。減jian壓ya閃shan蒸zheng液ye在zai氣qi提ti塔ta內nei經jing空kong氣qi氣qi提ti再zai生sheng,再zai生sheng後hou的de碳tan酸suan丙bing烯xi酯zhi貧pin液ye經jing循xun環huan液ye泵beng送song回hui吸xi收shou塔ta循xun環huan使shi用yong。氣qi提ti空kong氣qi由you通tong風feng機ji從cong氣qi提ti塔ta塔ta底di送song入ru。
高壓閃蒸汽中含CO2及部分工藝氣。高壓閃蒸汽可全部或部分返回壓縮與原料氣彙合,以回收氮氣和氫氣。
脫碳過程中,入脫碳塔貧液的流量,將直接影響二氧化碳在脫碳塔中的溶解度。流量過小,原料氣中的CO2不能被充分吸收;流量過大,能耗增加。閃蒸槽的液位和壓力,對於原料氣的 回收再利用有重要作用,它不僅可以回收閃蒸汽裏的氮氣和氫氣,還可以減少碳酸丙烯酯的損失。
脫碳後煤氣送入下一個工段進行進一步處理。

脫碳工藝流程圖

脫碳控製圖表
控製方案
在脫碳工段中,典型的控製回路包括:脫(tuo)碳(tan)塔(ta)液(ye)位(wei)控(kong)製(zhi),閃(shan)蒸(zheng)槽(cao)液(ye)位(wei)控(kong)製(zhi),降(jiang)溫(wen)塔(ta)液(ye)位(wei)控(kong)製(zhi),閃(shan)蒸(zheng)氣(qi)壓(ya)力(li)控(kong)製(zhi),以(yi)及(ji)加(jia)氧(yang)手(shou)動(dong)控(kong)製(zhi)。在(zai)脫(tuo)碳(tan)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)中(zhong)沒(mei)有(you)複(fu)雜(za)調(tiao)節(jie)係(xi)統(tong),全(quan)部(bu)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)單(dan)回(hui)路(lu)PID調節模式。

液位調節操作畫麵

脫碳液位趨勢圖
4、合成
工藝簡介
目前國內大多數中小氮肥企業均采用中壓法氨合成工藝,其合成壓力為31.4MPa。合成塔的直徑一般為Ф800~Ф1200mm。
將壓縮送來的合格精煉氣在適當的溫度、壓(ya)力(li)和(he)觸(chu)媒(mei)存(cun)在(zai)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)合(he)成(cheng)為(wei)氨(an),所(suo)得(de)氣(qi)氨(an)經(jing)冷(leng)卻(que)水(shui)及(ji)液(ye)氨(an)冷(leng)卻(que),冷(leng)凝(ning)為(wei)液(ye)氨(an),並(bing)將(jiang)液(ye)氨(an)從(cong)氫(qing)氮(dan)氣(qi)中(zhong)分(fen)離(li)出(chu)來(lai),未(wei)合(he)成(cheng)的(de)氫(qing)氮(dan)氣(qi)補(bu)充(chong)部(bu)分(fen)新(xin)鮮(xian)氣(qi)繼(ji)續(xu)在(zai)合(he)成(cheng)係(xi)統(tong)內(nei)循(xun)環(huan)合(he)成(cheng)。

合成氨工藝流程圖

合成工藝流程圖
冷凝工藝流程操作畫麵

氨合成塔操作畫麵
控製方案
anhechenggongduanzhongzhuyaogongyicanshudeyouhuakongzhifeichangzhongyao,zhijieyingxianghechengandechanlianghexiaohaozhibiao。kongzhifanganyijiangdidunanxiaohaoweimubiao,kongzhicanshuweicuihuajiwendu、惰性氣體的含量、氨冷出口溫度及氨冷器、冷交換路、氨分離器的三大液位。
氫氮比調節:
氫氮比自調是合成控製中的難點,從造氣到合成的滯後時間,開滿量時,一般小化肥廠為30分鍾,開聯醇為45分鍾。正確認識從造氣到合成整個流程中氫比演變規律是搞好調節的基礎。規律主要為二點;從cong造zao氣qi到dao合he成cheng塔ta入ru口kou基ji本ben為wei純chun滯zhi後hou,各ge點dian氫qing比bi測ce量liang曲qu線xian呈cheng簡jian單dan相xiang似si現xian象xiang,並bing含han有you一yi定ding的de容rong量liang滯zhi後hou,合he成cheng塔ta塔ta前qian塔ta後hou氫qing比bi信xin號hao呈cheng微wei積ji分fen關guan係xi。記ji錄lu各ge測ce量liang點dian氫qing比bi偏pian差cha記ji錄lu曲qu線xian,據ju此ci可ke發fa現xian演yan變bian規gui律lv,監jian視shi分fen析xi調tiao節jie效xiao果guo,計ji算suan開kai表biao數shu據ju,以yi此ci數shu據ju二er維wei查zha表biao控kong製zhi閥fa門men輸shu出chu能neng達da到dao較jiao好hao的de控kong製zhi效xiao果guo。
合成塔內觸媒層熱點溫度控製
合(he)成(cheng)塔(ta)各(ge)催(cui)化(hua)劑(ji)層(ceng)熱(re)點(dian)溫(wen)度(du)的(de)控(kong)製(zhi),是(shi)采(cai)用(yong)調(tiao)節(jie)未(wei)反(fan)應(ying)的(de)冷(leng)氣(qi)體(ti)加(jia)入(ru)量(liang)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)控(kong)製(zhi)各(ge)段(duan)溫(wen)度(du),由(you)於(yu)反(fan)應(ying)溫(wen)度(du)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)穩(wen)定(ding),所(suo)以(yi)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)手(shou)動(dong)遙(yao)控(kong)。
循環氣氨冷器出口溫度和液位控製
為了更好地控製溫度;caiyongchuanjikongzhifangan,yiwenduhuiluweizhuhuilu,yeweiweifuhuilu。weilebaozhengyewei,dangyeweichaoxianshi,qieduanchuanjihuilu,shihuiludechuanjizhuangtaiqiehuanweifuhuiludezidongzhuangtai;確保液位在安全值內。

循環氣氨冷器出口溫度和液位控製原理框圖
新鮮氣氨冷器液位控製
在新鮮氣氨冷器液位調節係統中,水位測量值與給定常數進行PID運算,運算結果調節氨冷液位調節閥開度,從而維持氨冷液位恒定。
氨分離器的液位控製、冷交換器的液位控製、廢熱鍋爐的液位控製,這幾個回路采用單回路控製。

單回路調節框圖

觸媒層各口溫度趨勢

甲烷、氫氣、CO2、CO含量趨勢圖
5、甲醇
工藝簡介 甲醇是重要的有機化工原料,又是優良的能源載體。近代工業甲醇生產主要以天然氣、煤炭為原料轉化和氣化製得,我國目前年產5萬噸和10萬噸的生產裝置大都是以煤炭為原料製得。
甲醇的生產一般分為合成和精餾兩個工段。
1、甲醇合成:脫(tuo)碳(tan)崗(gang)位(wei)送(song)來(lai)的(de)淨(jing)化(hua)氣(qi)和(he)循(xun)環(huan)機(ji)來(lai)的(de)循(xun)環(huan)氣(qi)在(zai)油(you)分(fen)離(li)器(qi)混(hun)合(he),經(jing)油(you)水(shui)分(fen)離(li)器(qi)分(fen)離(li)油(you)水(shui),剩(sheng)餘(yu)的(de)原(yuan)料(liao)氣(qi)分(fen)主(zhu)副(fu)線(xian)進(jin)入(ru)合(he)成(cheng)塔(ta)合(he)成(cheng)生(sheng)成(cheng)粗(cu)甲(jia)醇(chun)氣(qi),借(jie)助(zhu)於(yu)銅(tong)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)作(zuo)用(yong),CO、CO2和H2進(jin)行(xing)化(hua)合(he)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)甲(jia)醇(chun),經(jing)冷(leng)凝(ning)到(dao)醇(chun)分(fen)離(li)器(qi)分(fen)離(li)得(de)粗(cu)甲(jia)醇(chun),減(jian)壓(ya)後(hou)送(song)中(zhong)間(jian)槽(cao),不(bu)凝(ning)氣(qi)體(ti)一(yi)部(bu)分(fen)加(jia)壓(ya)循(xun)環(huan)使(shi)用(yong),一(yi)部(bu)分(fen)經(jing)高(gao)壓(ya)水(shui)洗(xi)塔(ta)水(shui)洗(xi)掉(diao)夾(jia)帶(dai)的(de)甲(jia)醇(chun)經(jing)銅(tong)洗(xi)送(song)入(ru)氨(an)合(he)成(cheng)係(xi)統(tong),粗(cu)甲(jia)醇(chun)送(song)精(jing)餾(liu)。流(liu)程(cheng)圖(tu)如(ru)下(xia):

甲醇合成工藝流程圖

甲醇精餾工藝流程圖
2、甲醇精餾:甲醇的精餾工藝,多數采用兩塔流程,少數生產規模較大的廠采用三塔流程,年產5-10萬噸的裝置一般都采用兩塔流程。粗醇經預塔給料泵加壓經粗醇預熱器加熱到65℃左右進初塔,同時初塔再沸器用蒸汽加熱使塔內液體蒸發,甲醇及其他輕組分的蒸汽由塔頂蒸出,冷凝後打回流。控製出氣溫度40-45℃,塔釜溫度75-85℃;塔頂溫度60-65℃。經預塔底出來的預後甲醇給主塔,主塔再沸器加熱使塔底溫度控製在104-120℃,塔頂出氣溫度控製在65-70℃,在塔頂采出回流液即精醇;合格後送精醇儲槽。流程圖如上:
控製方案
在合成工段一般設有以下一些調節回路:合成塔溫度控製、醇分液位控製、水洗塔液位控製、粗醇中間槽液位和馳放氣壓力控製。其中以合成塔溫度較為難控,合成塔溫度一般有12個檢測點,選用以下調節方式,能夠很好的保護觸媒。

合成塔觸媒溫度調節框圖
其他各回路均采用單回路控製,目前國內一般均采用低壓法生產,馳放氣壓力控製在0.6Mpa左右。調節框圖如下:

在精餾工段一般設有以下一些調節回路:排氣冷凝器出口壓力、進精餾蒸汽壓力、預塔回流槽液位、預塔液位、主塔回流槽和主塔液位、預塔給料流量、主塔回流流量、預塔回流液進口溫度、預塔循環再沸器出口溫度、主塔回流液進口溫度、主塔循環再沸器出口溫度、預塔給料溫度。采用單回路均能達到很好的控製效果。

醇汾液位調節畫麵

觸媒溫度調節畫麵

合成塔觸媒溫度趨勢
液位趨勢圖
參數表
6、尿素
工藝簡介 尿素的生產原理是氨與二氧化碳的合成,生產方法有水溶液全循環法、氣提法、中壓聯尿法,小氮企業大多采用水溶液全循環法。其反應方程式為:
2NH3(液)+CO2(氣)CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q
二氧化碳(壓力為20.69MPa,溫度為125℃)經壓縮機壓縮進入合成塔,從一吸塔送來的90℃甲銨液經一甲泵加壓至20.69MPa送入合成塔,液氨在氨預熱器中加熱至60℃送入合成塔,在合成塔中進行合成反應。在反應的過程中,合成塔的操作壓力為19.6 MPa,溫度為186-191℃,整個反應過程CO2的轉化率在63℅左右。出尿素合成塔的反應液含有尿素、甲銨、過剩氨和水,出來後經過壓力調節閥減壓至1.77MPa進(jin)入(ru)預(yu)蒸(zheng)餾(liu)塔(ta)上(shang)部(bu),在(zai)此(ci)分(fen)離(li)出(chu)閃(shan)蒸(zheng)氣(qi)體(ti)後(hou),液(ye)體(ti)自(zi)流(liu)到(dao)中(zhong)部(bu)蒸(zheng)餾(liu)段(duan),與(yu)從(cong)一(yi)分(fen)加(jia)熱(re)器(qi)出(chu)來(lai)的(de)熱(re)氣(qi)逆(ni)流(liu)換(huan)熱(re),使(shi)液(ye)相(xiang)中(zhong)的(de)部(bu)分(fen)甲(jia)銨(an)分(fen)解(jie)與(yu)過(guo)剩(sheng)氨(an)蒸(zheng)出(chu)、氣化進入氣相。預蒸餾後的尿液自蒸餾下部流入一分加熱器,物料溫度控製在155-160℃,在此甲銨的分解率達到80℅,總氨蒸出率達到90℅。從cong一yi分fen加jia熱re器qi出chu來lai的de尿niao液ye進jin入ru預yu蒸zheng餾liu塔ta下xia部bu的de分fen離li器qi進jin行xing氣qi液ye分fen離li,液ye相xiang自zi塔ta底di排pai出chu,經jing減jian壓ya後hou送song至zhi二er分fen塔ta。尿niao液ye在zai二er分fen塔ta上shang部bu閃shan蒸zheng後hou,液ye體ti經jing過guo液ye體ti分fen離li器qi進jin入ru蒸zheng餾liu段duan,與yu下xia分fen離li段duan出chu來lai的de氣qi相xiang逆ni流liu接jie觸chu換huan熱re,出chu蒸zheng餾liu段duan的de尿niao液ye從cong底di部bu進jin入ru加jia熱re段duan的de列lie管guan內nei,物wu料liao溫wen度du控kong製zhi在zai135-140℃,shijiaanjibenfenjie,qiyehunhewujinruxiafenliduanjinxingqiyefenli,niaoyejingyeweitiaojiefarushanzhengcao。zaishanzhengcaozhongyexiangcanyudeanheeryanghuatandabufenyiruqixiang,niaoyezhijiejinruyiduanzhengfaqihuoliuruniaoyecao。niaoyejingyiduanzhengfajiareqixiaburenenghuishouduanheshangbuzhengqijiareduanjiaredao130℃,壓力控製在0.033MPa(絕壓),這時濃度提高至96℅。尿液經一段蒸發器分離段出來去二段蒸發器,在0.0033 MPa(絕壓)、140℃的條件下被濃縮成99.7℅的熔融尿素,經分離段分離後,熔融尿素由熔融泵送往造粒塔頂部的旋轉噴頭進行造粒。

尿素合成工藝流程圖

尿素中低壓分解工藝流程圖
尿素蒸發工藝流程圖

尿素低壓工藝流程圖
尿素中壓吸收工藝流程圖
控製方案
尿素生產控製回路比較多,包括溫度、壓力、流量、液位的控製,其中合成塔壓力調節、中壓壓力調節、低壓係統壓力調節這幾個調節回路尤為重要。主要調節回路一般都采用1:1冗餘方式。
其它控製回路有:閃蒸下液溫度調節、解吸塔溫度調節、解析塔壓力調節、解析加液流量調節、一分加液位槽液位調節、二分加液位槽液位調節、解吸塔液位調節、二分塔出料溫度調節、一分塔底溫度調節、一洗塔底溫度調節、一段蒸發溫度調節、二段蒸發溫度調節、、一分塔液位調節、二分塔液位調節、一吸塔液位調節等。這些調節回路一般采用單回路控製即可達到很好的控製效果。

冗餘調節回路原理框圖

尿素策略組態圖
調節畫麵

中壓壓力調節操作畫麵
低壓壓力調節操作畫麵
合成趨勢圖

中壓壓力趨勢圖

機泵運行狀態圖
報警事件畫麵

安全管理係統畫麵
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