自然气长输管线中间调压计量站设计

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LLH调压计量站工艺设计

一般来说，为了获得安全、可靠且可以确凿计量的稳定的压力调理，设计者必需考虑大量直接影响设备选择的设计参数。主要的参数有：①最大和最小流量；②最大允许操作压力；③正常操作压力；④流量分布；⑤控制形式等。其他需要考虑的主要因素有：投资费用、未来流量变化、现场位置、安全因素、建设可行性、操作和维护、政府法律法规、对环境的影响、公司的政策等[7]。将收集到的这些资料经过简单比较，纳入LLH计量调压站设计。由于受到信息量的限制，为了解决这个问题，设计中尽可能使工艺流程简单明白，一般从选择管线开始。

2.1.3调压计量站工艺流程

所设计的调压计量站的工艺流程图如下所示：

图2.1LLH调压计量站工艺流程

来自起点调压计量站的自然气，经输气干线由进气管进入汇气管，在汇气管上分为三部分气体。自然气在经过第一个汇气管后进入分开器，脱除气体中的游离水和固体杂质。污物由排污管进入污水罐（池）。气体再次经过汇气管后，在通过压力调理器的调压以及孔板流量计的计量后，一部分气体经过外输管线输送至输气干线，另外一部分自然气则输至主要用户。

当管线需要进行清管时可利用清管球(器)接收和发送装置完成接收和发送清管球(器)的作业。

当站上发生故障不能切换操作或需要动用明火进行扩建站场时，可将进气管线和外输管线上的阀门关闭，让气体暂时改由站外旁通管进入输气管线，进

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行越站输气。站内设备及管组中的剩余气体可由分开器的排污管和放空管排掉，然后进行抢修和扩建。

2.1.4清管工艺流程

输送管道的输送效率和使用寿命很大程度上取决于管道内壁和内部的清洁状况。对气质和管道有害的物质——凝析油、水（游离水和饱和水蒸汽）、硫分、机械杂质等，进入输气管道后引起管道内壁的腐蚀，增大管壁粗糙度，大量水和腐蚀产物的聚集，还要局部堵塞或缩小管道的流通截面，在施工过程中大气环境也会使无涂层的管道生锈，并难免会有一些焊渣、泥土、石块等有害物品遗弃在管道内。管线水试压后，单纯利用管线高差开口排水是很难排净的。为解决以上问题，进行管道内部和内壁的清扫是十分必要的。因此清管工艺一向是管道施工和生产管理的重要工艺措施。进行清管作业的基本目的可概括为以下几个方面：

(1)保护管道，是他免受输送介质中有害成分的腐蚀，延长使用寿命；(2)改善管道内部的光亮度，减少摩阻，提高管道的输送效率；(3)保证输送介质的纯度；

(4)新的用途：定径，测径、测厚和检漏，灌注和输送试压水等。清管器收发装置

清管器收发装置附设在调压计量站等站场上，以便管理。凝析水量多，积水条件集中的管段，则应当考虑有无单独建立收发装置的必要，由于使大量积水长距离通过枯燥的管段，不但会增加清管的费用而且会粘污清白的管道引起腐蚀。

清管器收发装置包括收发筒、工艺管线、阀门以及装卸工具和通过指示器等辅助装备。收发筒以及快速开关盲板是收发装置的主要构成部分。筒径应比公称管径大1~2级。发送筒的长度应能满足发送最长清管装置的需要，一般不应小于筒径的3~4倍。接收筒应当更长一些，由于它还需要容纳不许进入排污管的大块清出物，和先后连续发入管道的两个或更多的清管器，其长度一般不小于筒径的4~6倍。排污管应当在接收筒底部，放空管应安在接收筒的顶部，两管的接口都应焊装挡条阻止大块物体进入，以免堵塞。清管过程中如发生这种堵塞，就可能引起繁杂的操作问题。

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清管器的发送和接收

清管前应先作好收发装置的全部检查工作。要求收发筒的快速开关盲板、阀门和清管器通过的全通孔阀开关灵活，工作可靠，严密性好，压力表示值确凿，通过指示无误。使用的清管器探测仪器需事先细心检查。发射机电源必需达到额定的工作电压；它的抗震性和密封性状况假使出现问题，就不能使用。由于发射机的上述性能应当是高度可靠的，它必需保证能在清管器密封条件遭遇严重损坏不能继续运行的恶劣环境中正常工作。

开启发送筒前，务必检查发送筒和连接阀，使之处于完全关闭状况，再开启放空阀，令压力表指针回零。在保持放空阀全开的条件下，渐渐开启盲板，并注意盲板的受力状况。开动盲板时，它的正前方和转动方向不要站人，以保证安全。开启盲板后，应尽快把清管器送入筒内；清管球或清管器的第一节皮碗必需紧靠大小头，形成密封条件。清管器就位后，应先关盲板，后关放空阀。

接收清管器的程序是：在污物进站之前，关闭接收筒的放空阀和排污阀（盲板的关闭状态应事先检查）；开启接收筒连接阀，平衡接收阀前后压力，全开接收阀；提前关闭线路主阀，以防污物窜入下流；及时关闭连通阀，开启放空阀排气；待污物进站后迅速关闭放空阀，开启排污阀排污，直至清管器进入接收筒。清管器是否已全部通过接收阀，应依据接收筒上的通过指示器或探测仪器的显示判断。之后，开启连通阀，平衡主阀前后压差，开启主阀，恢复干线输气。关闭接收阀、连通阀，开启排污阀或放空阀把筒内放至大气压，最终开启盲板，取出清管器，清洗接收筒，关闭盲板。清管的几项参数

为了把握清管作业的状况，分析遇到的问题，经常需要了解清管器的运行速度，清管压力差，放空量和排污量等参数。

密封良好，没有泄流孔的清管器和清管球的平均运行速度可认为与气流速度是一致的，其公式如下[13]：

4QPbTZv?(2.1)2?DTbP式中v——清管器的运行速度，米/小时；

Q——发送站的输入量，基米3/小时；

D——管道内径，米；

Pb，Tb——基准状态下的压力和温度(760毫米汞柱和293K)；

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P,T,Z——清管器前段管道的平均压力、温度和压缩系数。

清管压力，即推动清管器和被清物体在管道中运动所需的压力，可认为是清管器摩擦力，被推动的液柱高度和沿程摩阻的总和。

液体滚动的压力损失?P（kgf/cm2）可近似按水管的压力损失计算，即

Lv2?P????10?4(2.2)

D2g式中?——水力摩阻系数，可取0.021D－0.3；

l

——清管器前的液柱长度，米；

D——管道的直径，米；

v——水的速度，即清管器的平均运行速度，m/s；?——水的重度，N/m3。清管工艺的几点原则

清管应根据生产需要定期进行，必需作到管中析出的凝析水和进入管道的游离水不越过下一个清管站，并依照规定的管道输送效率的最低指标确定清管的周期。原则上不能允许管道积污对管道的输送效率长时间地发生有害的影响，由于这种状况除影响管道的输送能力外，还无意义地消耗了地层原始能量和压缩机站功率。输送效率的比较基准可以采用清管措施能使管道达到的最正确实际输送因数Fmax：

Fmax?42KTZL?P1?P222?max?Qd2.5(2.3)

式中的?min为最小水力摩阻系数，其余参数查表。按Fmax定出的输送因数下限Fmin。

2.1.5调压计量站消防设计

消防设计原则

消防设计的方针为“预防为主，防消结合〞。本工程消防设计范围为站场区内的消防设计。扑灭自然气火灾的根本措施在于切断气源。本站场的工艺装置均充分考虑了高可靠性、灵活性的气源切断措施。输送介质在输送过程中基本无损耗，且本站场只有“输气、清管〞功能。消防方案的基础考虑立足于自救，即火灾发生时，仅依靠各场站内设置的移动灭火器材来完成消防任务。

为了保证人身安全和管道与工艺站场安全，避免和减少发生火灾，并且在火灾可能发生时能及时发现并控制扑灭，根据有关的设计标准和规范要求并结

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合本设计的实际状况，在站场内易发生气体泄漏的设备旁，设备本身设置有可燃气体探测器。对气体泄漏及时报警，帮助操作人员及时排除险情。火灾危险性分析

调压计量站中自然气输气管道所输送的自然气属易燃、易爆、易挥发危险物。自然气为甲B类火灾危险品，具燃爆性，其主要成分为CH4，引燃温度482～632℃，爆炸极限浓度(体积)：4.9～15.77%，在静电火花、明火火源、雷击、电气火花、机械火花以及爆炸事故等诱发下，均有发生火灾的可能，与氟、氯等能发生猛烈的化学反应。自然气在爆炸范围内与空气混合，遇到火花可能发生爆炸事故，同时，高浓度的自然气对人体有一定的危害作用。火灾危险性的大小与危险物质的多少及生产性质、操作管理水平、环境状况等有直接关系。主要防火措施

消防系统应满足“高度安全标准、最低社会风险〞的原则，以尽可能低的成本换取对个人、环境和社会最小的影响。主要的消防系统包括建筑物火灾报警系统，可燃气体探测系统。站场内易有气体泄漏的工艺设备区设置有可燃气体探测器，站控室设有可燃气体控制盘，对站场可燃气体浓度进行监视和报警。当有可燃气体泄漏时，通过报警器发出报警，提醒操作人员及时进行处理，防止事故发生。同时，设置火灾自动报警系统手动报警按钮。

2.2主要工艺设备的设计和安装

2.2.1管线设计与安装

管道设计

选择管线设计应考虑以下影响因素：最大操作压力流量、现场位置、政府法规、环境影响、公司政策。

选择管线规格的第一步是计算管径，依据公式计算管径并调整到大一个规格的管径。

根据经验，地面上的管线，气体流速不应超过100ft/s。气体流速在100ft/s以下，可以使噪声保持在允许范围之内——90dBA或更低。在居住区或其它公共场所噪声水平特别重要。假使气流速度不可避免的超过，加厚壁管可以帮助降低噪声。

确定管壁的厚度，设计者需要知道最大操作压力和最小屈服强度规定限。

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计量站和其管线的最大操作压力由已知或假设的最大操作压力确定，最小屈服极限由政府法规和公司政策决定。管线安装

管线交织安装时，DN200以下的管线不得超过三层；DN250以上的管线不得超过两层。管与管的垂直净距不应小于0.15m。

大口径油气管线数量较多的中央阀室、泵房、压缩机房，地面或埋地管线安装时应加设管线的横向垫墩，以利于管线在安装时找平和维护时检修。条件许可时可参照以下各项：

(1)地上，地下管线不应沿站场内部道路路面上或路肩下平行敷设，在困难的状况下只允许将污水管及自流排放管敷设在路肩下。铁路路基下严禁敷设任何管线。供配电缆、通信电缆、消火栓、照明电杆以及跨越道路时的管线支架，允许设在站内道路的路肩上面或敷设在下面。行道树允许在路肩上面栽种。

(2)管线敷设方式，应根据土壤性质和地下水分布状况确定，在一般状况下，所有压力油、气、水、风管线应尽量采用地上架空敷设；应尽量减少管线直接埋地敷设和管沟敷设。若必需将钢制管道埋地敷设时，则应作好埋地钢制管道的防腐蚀工作。

(3)站场内埋地钢制管道在采用良好的绝缘覆盖层以后宜和压力容器等设备联合在一起采用区域性阴极保护。在地下金属物较多时，应采用最可靠的镁合金牺牲阳极保护。

阴极保护系统的电绝缘，包括绝缘固定支墩和绝缘接头（或绝缘法兰）。绝缘器具应设在埋地管道与站外管道的联接处和管道与设备的联接处，严禁装设在张力弯附近。

管线与管线之间的最小净距应符合以下规定：ａ．当管径≤DN200mm时，净距为100～200mm；ｂ．当管径为DN250～400mm时，净距为300mm；ｃ．当管径≥DN400时，净距大于400mm。(4)地上管线的安装高度应符合以下要求：ａ．管架敷设的管线，管底距地面为2.2m

ｂ．当架空管带下面安装有泵、换热器或其他设备时，管底距地面的高度应满足设备安装和检修时的起吊要求；

ｃ．管墩敷设的管线，管底距地面净高可为0.3～0.5m。与人行道交织时应

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加设过桥。

埋地管线及电缆距建构筑物的净距表见下表：

表2.1埋地管线及电缆距建构筑物的净距(m)

序号12项目压力给排水管DN，mm≤200≥2503.05.03.83.81.51.02.01.51.01.51.02.01.51.0不限1.5自流给热力管油气管≤10KV通信仪表排水管线线电力电缆控制电缆2.53.81.51.01.51.51.02.02.03.81.01.02.01.51.01.51.53.03.81.51.02.01.51.02.02.00.53.81.51.00.51.00.50.51.50.53.80.51.50.51.00.50.51.0建筑物基础外缘铁路中心线路面或路沿3边缘通路排水构外壁4管架基础外缘5围墙基础外缘6照明电线杆柱7灌木8乔木(中心)终点式管端的封头，DN200以下的管线可采用平板封头，DN250以上的应当采取蝶型头盖。

2.2.2焊接和法兰连接

管道施工焊接及法兰连接方法

选用Ⅱ型绝缘法兰：自紧凑封型，法兰的密封面均应采取光滑平密封面，Ⅱ型绝缘法兰主要参数如下：

表2.2Ⅱ型绝缘法兰参数

工作温度其余型?450℃阀体材料碳钢使用介质蒸汽水、油品石油化工装置管道的焊接除现场预制部分以外为转动口单面对接焊外，其余部分是现场固定的单面对接焊。作为无垫板环形焊口单面对接焊的施工方法，可大致分为手工电弧焊、惰性气体保护焊及惰性气体保护焊加手工电弧焊加盖面等三种方法。

手工电弧焊是管道焊接中最主要的方法，其特点是适用于各种钢材、厚度、结构形状和各种位置的焊接；惰性气体保护焊适用于焊接要求高的管道，其特点是焊缝金属中的合金元素不会被烧伤氧化，焊缝中也不会产生气孔；惰性气体保护焊加手工电弧焊加盖面组合法常用于工作条件比较苛刻的管道。

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管道常用焊接接头形式及坡口

管道施工中最主要的接头的形式是对接接头，其次是丁字接头、角接接头。基本坡口类型有V型、U型、X型、双U型及直边坡口，其中V型和U型坡口为管道焊接中最主要的坡口类型。

按相关规定对于不同壁厚的管子，由于有内壁错边量的要求，即Ⅰ、Ⅱ级焊缝内壁错边量不应超过壁厚的10%且不大于1mm；Ⅲ、Ⅳ级焊缝不应超过壁厚的20%且不大于2mm。当薄件厚度小于或等于10mm、厚度差大于3mm；薄件厚度大于10mm，厚度差大于薄件厚度的30%或超过5mm时，应按《石油化工装置工艺管道安装设计手册》第一篇设计与计算中的坡口型式进行加工。

2.2.3汇管的设计和安装

汇管设计应考虑以下因素：最大流量、现场位置、流量未来的发展、可建设性、操作和维护、政府法规、环境影响、减少震动、减少噪声。

第一步是确定汇管的尺寸，好的经验是汇管的截面积是进口或出口截面积的1.5倍，也可以更大。汇管壁厚按管壁计算方法决定；

其次步是确定汇管的入口并决定汇管是在地下还是在地上。当入口是连接在汇管的一端而不是侧面时，应充分考虑降低干扰和噪声。要指出的是，建设一个地上汇管的投资要比建设一个地下汇管要少[8]。

根据经验公式，汇管的横截面积＝1.5?进口面积或出口面积（两者取大者）＝1.5?(?D2)/4，其中D为管内径，单位为in[8]。以上公式转换可简化为如下形式：

222D汇管=?1.5D?D???D???12n??1/2(2.4)

根据进口管和出口管圆整后就可以确定了汇管管径后，校核气体流速以确保流速小于40ft/s。

2.2.4阀门

本设计选取类型如下：正齿轮传动楔式闸阀KZ441Y-64(I)电动闸阀Z940H-40以及电动直通式固定球阀Q947F-16C。阀门设计

选择阀门时应考虑如下因素：最大流量、公司政策、操作和维护、政府法规、费用等。

选择一个阀门时，应确定阀门的尺寸、型式（球阀、旋塞阀）和压力等级。

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首先，选择的阀门口径应等于或大于控制阀和流量机的口径，以备将来流量增大。

其次，选择阀门型式。

第三，阀门压力等级应等于或大于Pmax。政府法规要求，所有元件的压力等级应等于或大于Pmax。

设计控制阀应考虑如下因素：最大和最小流量、现场位置、操作和维护、环境影响。

第一步是确定所要的控制阀型式：弹簧操作、液压操作和控制器操作。其次步是确定希望的控制型式：容积或压力。四种最常用的控制阀是球体阀、球阀、扩张管形、旋转轴形。

选择了控制阀后，设计者须确定压降。另外，控制阀的工作范围必需在起能力的5%~75%之间。不适合的控制阀会使维护费过高，操作出现问题和阀寿命短等。

阀门安装

DN500以上的大型闸阀的前后应装DN25的带有截断阀的压力平衡管。截止阀具有方向性，介质流向必需是低进高出，在自流管线上不宜安装截止阀。

升降式止回阀只允许安装在水平管上。旋启式止回阀宜安装在水平管上，为减少局部摩阻，应尽量避免将旋启式止回阀装在立管上。

平行敷设的两条带法兰连接切断阀的管线其间距可经计算确定，参照据《油田油气集输设计技术手册》下册398页。

在水平管上安装的大口径阀门，当公称直径大于300mm时，在阀体下应设置支墩或拖架，以支撑阀体的重量。

丝扣连接阀门的安装应在被控制端的下流部位装设活接头，其相邻管件的距离应不影响拆装时阀体的旋转。

焊接连接阀门的安装应将阀门焊在直管段上，不得直接焊在弯头上，三通管件上，直管段的长度应大于两端焊接时的热影响距离，其相邻管件的距离应满足焊工施焊要求。

电动、液动、气动阀门的安装除应满足工艺要求外，还应符合产品说明书的要求。

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2.2.5安全阀

安全阀设计

本设计选取类型如下：弹簧封闭全启式安全阀：A42Y-40

(1)石油化工装置所用安全阀一般均选用弹簧全启式，在一般状况下，可选用普通型(国产安全阀大都为普通型)安全阀。当备压变化较大时，可选用波纹管(平衡型)式安全阀。但波纹管不适用于酚、醋液、重石油馏分、含焦粉等介质以及往复式压缩机等场所。由于在这些状况下，波纹管有可能被污染或被损坏。

(2)根据介质的操作温度和安全阀定压值确定安全阀的公称压力和最高泄放压力。

(3)根据计算所得的喷嘴面积，可从安全阀样本或其他资料中选用安全阀，选用的安全阀喷嘴面积必需大于计算面积。假使一个安全阀的喷嘴面积不能满足需要，可选用两个或多个安全阀并联，并使其总面积大于计算面积。

(4)弹簧安全阀定压应按不同结构的安全阀的要求确定。普通型安全阀在常压下调整弹簧时，其弹簧定压应调整为安全阀定压Ps减去其背压P2的差值，即弹簧定压值为Ps－P2；对波纹管安全阀，弹簧定压值即为安全阀的定压值Ps。

在选用安全阀时，应注明其定压范围或确定其弹簧号。本设计选取类型如下：弹簧封闭全启式安全阀：A42Y-40安全阀的安装

(1)在设备或管道上的安全阀一般应垂直安装。但对设置在液体管道、换热器或容器等处的安全阀，当阀门关闭以后，可能由于热膨胀而使压力升高的场所，可水平安装。

(2)安全阀不应安装在长的水平管道的死端，由于死端简单积聚固体物和液体影响安全阀工作。

(3)安全阀一般应安装在易于检修和调理之处，周边要有足够的工作空间，如：立式容器的安全阀，DN80以下者，可安装在平台内靠外侧；DN100以上者安装在平台外靠平台处，借平台可以对阀门进行维护和检修。

(4)由于大直径安全阀重量大，故在布置时要考虑大直径安全阀拆开后吊装的可能，必要时要设置吊杆。

选择阀应考虑如下因素：最大流量、公司政策、操作和维护、政府法规、费用等。

在选择一个阀门时，设计者应当确定阀门的尺寸、型式(球阀、旋塞阀)和压

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阀体材料：碳钢使用温度：≤100?C重量：1000kg自高：DN150~300适用介质：自然气

3.8.2闸阀

选取闸阀类型[6]如下：

电动楔式闸阀型号：Z940H－40，主要技术参数如下表：

表3.5电动楔式闸阀参数

公称直径DN(mm)400500质量(kg)18702350电动机型号DZW250ZD250电动机功率(kW)5.5选取正齿轮传动楔式闸阀相关参数如下：

型号：KZ441Y－64(I)生产厂：沈阳莱英达阀门有限公司技术指标如下表：

表3-5正齿轮传动楔式闸阀参数

公称直径DN(mm)300500质量(kg)6182507公称压力PN(MPa)6.4工作温度(℃)≤530℃工作压力(MPa)6.4适用介质酸性自然气3.9压力及温度测量仪表

3.9.1温度测量仪表

选取WXG系列电接点玻璃水银温度计[12]，主要技术参数：(1)控制范围：－30?C～300?C

(2)动作误差限：一般为1分格的1.5倍

(3)公称压力：带金属保护套电接点温度计为6.4MPa(4)接点负荷：最高压力36V(AC、DC)，最大电流200mA

(5)固定电接点个数：一般不超过3个，两接点之间的距离不小于7mm。可调电接点玻璃温度计型号：

WXG—11T(直形)控制范围(?C)：[－30~50]分格值(?C)：1生产厂家：常州热工仪表总厂

主要性能用途：除能测量气体和液体的温度外，可对设定的温度发出信号，通过控制电路达到自动控制和报警的目的。

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3.9.2压力测量仪表

选取类型如下[12]：远传式压力表

型号：YTG－150－ibⅡBT4生产厂家：天津自动化仪表二厂

主要技术参数：

公称尺寸：?180确切度(％)：1.5测量范围：0～6MPa结构特征：径向接头螺纹：M20?1.5

主要用途性能：

(1)具本质安全防爆性能测量压力；(2)防爆标志：ibⅡBT4；

2.4V(3)供电电源由防爆抨供给直流24??3.6V；

(4)输出4－20mA(DC)两线制；(5)负载电阻：0～400?。

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结论

LLH调压计量站是某自然气长输管线的中间站，是该条管线的重要组成部分。本工艺设计结合LLH调压计量站的工艺要求和实际状况，对站场进行了平面布置图、工艺流程图、平面安装图的设计，同时对站场的主要设备进行了计算说明和选型，确定了各主要设备的标准型号。

在设计调压计量站时可以通过选择科学的方案避免设计、建设、操作和维护中的问题。而从中高压调压计量站的发展趋势来看，一个最简单的方法是发展标准化撬装单元。每一个标准化设计具有不同的流量范围，以便适用各种应用。使用标准化的中高压调压计量站，设计、建设和操作人员将少出错误。同时，预制化、标准化的撬装可以减少现场建设费用。

对于调压计量站的设计，设计者必需充分了解最新的国内外现状和发展趋势，并对每一个方案的优缺点进行评估，最终确定出符合要求的最优方案。

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致谢

本论文是在指导教师陈利琼老师经过几个月耐心指导和悉心指导下完成的，陈老师具有丰富的教学经验和实际的设计施工经验，在她的严谨的治学态度及严格要求下，让我把握了大量的专业知识，并具备了一定的独立处理问题的能力，确实受益非浅，在此特向他表示崇高的敬意和真诚的感谢！

同时，在毕业设计过程中，储运专业的老师给予了我极大的帮助和支持，使我能战胜困难，顺利的完成此次设计，在此，向他们致以诚挚的谢意！

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