臥式油油固定管板換熱器設計論文08732

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1、 Abstract化工大學本科畢業(yè)論文題 目： 臥式油-油固定管板換熱器設計 目錄沈陽化工大學學士學位論文 設計計算朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典1. 名詞 1. summary2. abstract目 錄第一章 引言. 1第二章 文獻綜述. 2第三章 設計說明書73.1、傳熱工藝計算73.1.1原始數(shù)據(jù)73.1.2 定性溫度及物性參數(shù)73.1.3傳熱量與柴油出口溫度及定性溫度83.1.4有效平均溫度83.1.5管程換熱系數(shù)計算93.1.6結構的初步設計：103.1.7殼程換熱系數(shù)計算103.1.8傳熱系數(shù)計算113.1.9管壁溫度計算123.1.10管程壓降計算123.1.11殼程壓降計算

2、133.2、強度計算143.2.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)確定143.2.2管子的排列方式143.2.3確定筒體直徑153.2.4筒體壁厚的確定15沈陽化工大學學士學位論文 目錄3.2.5液壓試驗173.2.6封頭厚度的計算173.2.7法蘭的選擇183.2.8管板的設計203.2.9折流板的選擇313.2.10接管及開孔補強323.2.11管箱短節(jié)壁厚的計算353.2.12拉桿和定距管的確定353.2.13分層隔板厚度選取363.2.14支座的選擇及應力校核36參考文獻42致謝44沈陽化工大學學士學位論文 第三章 設計說明書第三章 設計說明書3、1傳熱工藝計算3.1.1原始數(shù)據(jù)殼程柴油的

3、進口溫度 殼程柴油的工作壓力管程原油的進口溫度管程原油的出口溫度管程原油的工作壓力殼程柴油的流量管程原油的流量 3.1.2 定性溫度及物性參數(shù)管程原油定性溫度=90管程原油密度查物性表得=815管程原油比熱查物性表得=2.2管程原油導熱系數(shù)查物性表得=0.128 管程原油的粘度=310-3Pa.s管程原油普朗特數(shù)查物性表得Pr2=51.56殼程柴油密度查物性表得殼程柴油比熱查物性表得殼程柴油導熱系數(shù)查物性表得殼程柴油黏度殼程柴油普朗特數(shù)查物性表得Pr1=10001Cp11=11.933.1.3傳熱量與柴油的出口溫度及柴油的定性溫度取定換熱效率為則設計傳熱量則柴油的出口溫度殼程柴油定性溫度=17

4、5+0.3(175130)=188.53.1.4有效平均溫度= 參數(shù)P：參數(shù)R：換熱器按單殼程雙管程設計， 則查管殼式換熱器原理與設計圖 2-6（a） 得： 溫差校正系數(shù)： 有效平均溫差：3.1.5管程換熱系數(shù)計算 參考表27管殼式換熱器原理與計算初選傳熱系數(shù)： 則初選傳熱面積為：選用 不銹鋼的無縫鋼管作換熱管。 則 管子外徑 管子內(nèi)徑 管子長度 則所需換熱管根數(shù)：=405.1可取換熱管根數(shù)為 406 根 則管程流通面積為（兩管程）管程流速為： 管程質量流速為： 管程雷諾數(shù)為管程傳熱系數(shù)為：3.1.6結構的初步設計：查GB1511999知管間距按?。汗荛g距為：S=1.250.019=0.025

5、m 管束中心排管數(shù)為： 取 22根則殼體內(nèi)徑為： 故內(nèi)徑為0.7m則內(nèi)徑比為（合理）折流板由書可知可以選擇弓形折流板。則弓形折流板的弓高為： 折流板間距為： 折流板數(shù)量為： 取 6塊 3.1.7殼程換熱系數(shù)計算殼程流通面積為： 殼程流速為： 殼程質量流速為： 殼程當量直徑為：殼程雷諾數(shù)為： 切去弓形面積所占比例按查得為0.145 殼程傳熱因子由管殼式換熱器原理與設計書圖2-12可查得：管外壁溫度假定值為：壁溫下油的黏度為： 黏度修正系數(shù)為：殼程換熱系數(shù)為： 3.1.8傳熱系數(shù)計算查GB1511999書第138頁可知：殼程選用柴油、管程選用原油則油側污垢熱阻為： 由于管壁比較薄，管殼層阻力損失都

6、不超過0.3103N/m3所以管壁的熱阻可以忽略不計。所以可以計算出總傳熱系數(shù)為：則傳熱系數(shù)比為：(合理)所以假設合理。3.1.9管壁溫度計算 管外壁熱流溫度計算為：管外壁溫度為：誤差校核：因為誤差不大，所以合適。3.1.10管程壓降計算壁溫下油的黏度為：黏度修正系數(shù)：查得管程摩擦系數(shù)為：管程數(shù) 管內(nèi)沿程壓為：回彎壓降為：取出口處質量流速為：進出口管處壓降為：管程污垢校正系數(shù)為：則管程壓降：3.1.11殼程壓降計算殼程當量直徑為：=0.0445m殼程雷諾數(shù)為：經(jīng)查殼程的摩擦系數(shù)為：管束壓降為：取進口管處質量流速為：取進口管壓降為：取導流板阻力系數(shù)為：導流板壓降為：殼程結垢修正系數(shù) 殼程壓降為：

7、管程、殼程允許壓降為： 符合壓降條件3、2強度計算3.2.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1換熱管外徑GB151-1999管殼式換熱器192管長GB151-1999管殼式換熱器30003傳熱面積管殼式換熱器設計原理72.544換熱管根數(shù)個4065拉桿個GB151-1999管殼式換熱器表43.4412/86材料GB150-1998鋼制壓力容器20#3.2.2管子的排列方式1正三角形排列GB151-1999管殼式換熱器圖112換熱管中心距GB151-1999管殼式換熱器253隔板板槽兩側相鄰中心距GB151-1999管殼式換熱器383.2.3確定筒體直徑1換

8、熱管中心距GB151-1999管殼式換熱器表12252換熱管根數(shù)根4063分程隔板厚同上104管束中心排管的管數(shù)根同上225筒體直徑同上6016實取筒體直徑考慮防沖板向上取7003.2.4筒體壁厚的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式結果1工作壓力給定1.62材料GB150-1998鋼制壓力容器Q345R3材料許用應力GB150-1998鋼制壓力容器1704焊接接頭系數(shù)過程裝備設計0.855殼程設計壓力1.766筒體計算厚度4.37設計厚度6.38名義厚度7.39實取名義厚度GB151-1999管殼式換熱器表8810負偏差過程裝備設計111腐蝕余量過程裝備設計212計算厚度513設計厚度下圓

9、筒的計算應力125 14校核179.8合格15設計溫度下圓筒的最大許用工作壓力2.053.2.5液壓試驗序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1試驗壓力2.22圓筒薄膜應力155.13校核 合格3.2.6封頭厚度的計算序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設計壓力1.762材料GB150-1998鋼制壓力容器Q345R3材料許用應力GB150-1998鋼制壓力容器1704焊接接頭系數(shù)過程裝備設計0.855封頭計算厚度4.36設計厚度6.37名義厚度7.38實取名義厚度GB151-1999管殼式換熱器表889有效厚度710設計厚度下封頭的計算應力88.8811校核12設計溫度下封頭的最大許用工

10、作壓力2.8813 合格3.2.7法蘭的選擇2.7.1 設備法蘭的選擇按其條件 設計溫度 設計壓力 由壓力容器法蘭選擇乙型平焊法蘭，相關參數(shù)如下： 單位（）螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量8608157767667636621016211827M2428由壓力容器法蘭選擇相應墊片：非金屬軟墊片 JB/T47042000其相應尺寸為：D=765mm d=715mm 2.7.2接管法蘭的選擇1管程接管的公稱直徑相同設為，設進出口質量流量為 則同理 故取a =b=200mm故取公稱直徑 公稱壓力為 2殼程接管的公稱直徑相同設為，設進出口質量流量為 則同理故取公稱直徑 公稱壓力為 由鋼制管法蘭，墊片，緊固件選擇帶頸對

11、焊法蘭 a.b相關參數(shù)如下DNA/ 法蘭理論重量200219.1/ 2193603101226M2430244/ 24417.4由鋼制管法蘭，墊片，緊固件選擇帶頸對焊法蘭 c.d相關參數(shù)如下DNA/ 法蘭理論重量200219.1/ 2193603101226M2430244/ 24417.43.2.8、管板的設計管板尺寸的確定及強度計算:本設計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板。A、確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結構尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至七。B、計算、Kt、Q、；序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公

12、式數(shù)值1筒體內(nèi)徑7002筒體內(nèi)徑橫截面積AA=/43846503筒體厚度84圓筒內(nèi)殼壁金屬截面積（+）177945管子金屬總截面積=7.651046換熱管根數(shù)4067換熱管外徑198換熱管壁厚29換熱管材料的彈性模量GB150-1998表F518500010換熱管有效長度L284011沿一側的排管數(shù)20312布管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積82976.2513管板布管區(qū)面積302723.7514管板布管區(qū)當量直徑=62015換熱管中心距SGB151-19992516隔板槽兩側相鄰管中心距GB151-19993817管板布管內(nèi)開孔后的面積=26953718系數(shù)=/0.719殼體不帶膨脹節(jié)時換熱管束與圓

13、筒剛度比QQ=/As0.820殼程圓筒材料的彈性模量GB150-1998表F519000021系數(shù)=/0.2822系數(shù)=15.823系數(shù)=2.51224管板不管區(qū)當量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑比PtPt=/0.8925管子受壓失穩(wěn)當量長度GB151-1999圖32200826設計溫度下管子受屈服強度GB150-1998表F213327管子回轉半徑6.35C.對于延長部分兼作法蘭的管板，計算和序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1墊片接觸寬度NGB150-1998表9-1252墊片基本密度寬度=N/212.53墊片比壓力yGB150-1998表9-2114墊片系數(shù)m2.05墊片有效密封寬度bB=2.5

14、396墊片壓緊力作用中心圓直徑=D-2b6827預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷N=3.142133588操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷N=0.7827232969常溫下螺栓材料的許用應力GB150-1998表F4272.510預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積=/909.211操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積= /189112需要螺栓總截面積mm2=max，189113法蘭螺栓的中心圓直徑Db81514法蘭中心至作用處的徑向距離=/23415基本法蘭力矩N=1.810716筒體厚度817法蘭頸部大端有效厚度=1.751418螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離49.519螺栓中心處至FT作用位置處的徑向

15、距離= (+)/251.520作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力N=0.785Pc51867621流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差N=-10289722操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力N=6.28bmPc90092.923法蘭操作力矩N=+3.3210724螺栓中心距FD作用處的徑向距離=0.5（-）49.5D、假定管板的計算厚度為，然后按結構要求確定殼體法蘭厚度，計算K，k、和Kf。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1假定管板計算厚度802殼體法蘭厚度663管板材料彈性模量GB150-1998表F51901034換熱管材料的彈性模量GB150-19

16、98表F51911035管板剛度削弱系數(shù)GB151-19990.46換熱管有效程度28407管板強度削弱系數(shù)Gb151-19990.48管子金屬總截面積2.531049換熱管加強系數(shù)KK=2.610管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比=0.8911管板周邊布管區(qū)的無量綱參數(shù)kk=K（1-）0.412管束模數(shù)=/（L）399513殼體法蘭材料彈性模量GB150-1998表F519010314殼體圓筒材料彈性模量GB150-1998表F519010315殼體法蘭寬度=/26616系數(shù)GB151-1999圖260.0005517殼體法蘭與圓筒的選裝剛度=9.92318旋轉剛度無量綱參數(shù)=/（4）0

17、.00195E、由GB151-1999 P51圖27按照K和查，并計算值，由圖29按照K和查G2值 序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1管板第一矩系數(shù)GB151-1999圖270.182系數(shù)=/（K）35.53系數(shù)GB151-1999圖291.92F、計算M1，由GB151-1999圖30按照K和Q查，計算，、。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1管箱法蘭材料的彈性模量GB150-1998表F51911032管箱法蘭厚度JB/T4702-2000663系數(shù)GB151-1999圖260.000554管箱圓筒與法蘭的旋轉剛度參數(shù)=9.885管板邊緣力矩的變化系數(shù)=1/（/ +）0.436法

18、蘭力矩變化系數(shù)=/ 0.427管板第二彎矩系數(shù)GB151-1999圖28（a）3.8G、按殼程設計壓力，而管程設計壓力=0，膨脹變形差r，法蘭力矩的的危險組合（GB151-1999項目5.7.3.2分別討論）a、 只有殼程設計壓力，而管程設計壓力=0，不計膨脹節(jié)變形差（即r=0）。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1當量壓力組合1.762有效壓力組合5.253基本法蘭力矩系數(shù)0.00324管程壓力下的法蘭力矩系數(shù)0.0235管板邊緣力矩系數(shù)0.026管板邊緣剪切系數(shù)0.517管板總彎矩系數(shù)0.758系數(shù)0.339殼體法蘭力矩系數(shù)0.03210管板徑向應力系數(shù)=0.0711管板的徑向應力88

19、12管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)0.02513管板布管區(qū)周邊外徑向的應力72.514管板布管區(qū)周邊剪切應力系數(shù)0.05815管板布管區(qū)周邊的剪切應力1516法蘭的外徑與內(nèi)徑之比1.1417系數(shù)YGB150-1998表9-510.7518殼體法蘭應力7.919換熱管的軸向應力=8.120殼程圓筒的軸向應力=41.0521一根換熱管管壁金屬的橫界面積176.622換熱管與管板連接的拉托應力0.005b、只有殼程設計壓力，而管程設計壓力Pt=0，并且計入膨脹變形差。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)GB150-199811.6210-62換熱管材料線膨脹系數(shù)GB150-

20、199810.8810-63換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差-17310-64沿長度平均的殼程圓筒金屬溫度工藝給定1605沿長度平均的換熱管金屬溫度工藝給定1106制造環(huán)境溫度207當量壓力組合0.888有效壓力組合Pa30.0539基本法蘭力矩系數(shù)0.00210管程壓力下的法蘭力矩系數(shù)0.00411管板邊緣力矩系數(shù)0.00712管板邊緣剪切系數(shù)0.2513管程總彎矩系數(shù)0.90614系數(shù)=max，0.17515殼體法蘭力矩系數(shù)-0.005416管板徑向應力系數(shù)0.0013517管板的徑向應力5318管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)0.0719管板布管區(qū)周邊外徑向的應力16520管板布管區(qū)周邊的剪切

21、應力系數(shù)0.0821管板布管區(qū)周邊的剪切應力8922換熱管的軸向應力=Pc-Pa423換熱管與管板連接的拉托應力0.031c、只有管程設計壓力Pt，而殼程設計壓力Ps=0，不計膨脹節(jié)變形差時：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1當量壓力組合=02有效壓力組合Pa=sPs+rEt-6.4013管板邊緣力矩系數(shù)0.0074管板邊緣剪切系數(shù)0.255管板總彎矩系數(shù)0.9066系數(shù)0.0048167管板的徑向應力-2.7138管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)-0.0749管板布管區(qū)周邊外徑向的應力-89.7310管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù)0.070411管板布管區(qū)周邊的剪切應力-4.58712

22、殼體法蘭應力-8213換熱管的軸向應力=Pc-Pa19.214殼程圓筒的軸向應力=A/AsPa-39.215換熱管與管板連接的拉托應力0.02d、只有管程設計壓力Pt，而殼程設計壓力Ps=0，同時計入膨脹變形差時：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差r-17310-62當量壓力組合Pc-1.0323有效壓力組合Pa-11.724基本法蘭力矩系數(shù)-0.005235管板邊緣力矩系數(shù)0.000196管板邊緣剪切系數(shù)0.00677管程總彎矩系數(shù)0.2048系數(shù)=max，0.005249管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù) 0.013310管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)11

23、.411管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù)0.06512管板布管區(qū)周邊的剪切應力-27.9613換熱管的軸向應力 =Pc-Pa30.614換熱管與管板連接的拉托應力0.19H、由管板計算厚度來確定管板的實際厚度：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1管板計算厚度84.22殼程腐蝕裕量23管程腐蝕裕量24結構開槽深度根據(jù)結構確定35管板的實際厚度90考慮圓整是否安裝膨脹節(jié)的判定 由G，a、b、c、d計算結果可以看出：四組危險組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設計許用應力，并且各項應力均沒超過設計許用應力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。3.2.9. 折流板的選擇3.2.9.1選型根據(jù)GB151

24、1999管殼式換熱器圖 37 選擇單弓形水平放置的折流板。3.2.9.2折流板尺寸缺口弦高值，一般取0.200.45倍的圓筒內(nèi)直徑，取3.2.9.3換熱管無支撐跨距或折流板間距由GB1511999表42知，但換熱管為外徑鋼管時，換熱管的最大無支撐跨距為 ，且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑五分之一且不小于由傳熱計算得到折流板間距3.2.9.4折流板厚度由GB1511999表34， 查得折流板最小厚度為 ，實取折流板厚度 由GB1511999表36查得管孔直徑為 允許偏差為 3.2.9.5折流板直徑 由GB1511999表 41 查得折流板名義外直徑為 允許偏差為3.2.10. 接管及開孔補強

25、補強及補強方法判別補強判別由GB1501998 表81知當滿足下列所有條件時不另行補強。1 設計壓力小于或等于兩相鄰開孔中心距應不小于兩孔直徑之和的兩倍；2 接管公稱直徑小于或等于3 接管最小壁厚滿足表81要求（GB1501998 p75）由于接管 的公稱直徑大于 所以要補強，但由于設計的筒體或封頭的厚度遠大于理論厚度，所以要進行計算看是否要進行補強。補強計算方法判別開孔直徑本凸形封頭開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算開孔所需補強面積強度削弱系數(shù)接管有效厚度開孔所需補強面積有效補償范圍有效寬度取值故取有效高度外側有效高度故內(nèi)側有效高度故取有效補強面積封頭

26、多余金屬面積封頭有效厚度封頭多余金屬面積接管多余金屬面積其中接管區(qū)焊縫面積（焊角?。┯行аa強面積所需另行補強面積擬采用補強圈補強補強圈設計根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈 外徑內(nèi)徑因補強圈在有效補償范圍內(nèi)補強圈厚度為考慮鋼板負偏差并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為3.2.11. 管箱短節(jié)壁厚的計算序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設計壓力1.762選材GB150-1998鋼制壓力容器選Q345R3計算厚度4.34設計厚度6.35名義厚度7.36實取名義厚度87有效厚度7注：其符號意義及取值同筒體壁厚計算的符號及意義。水壓試驗比較筒體的水壓試驗和短節(jié)的水壓試驗同樣可以滿足要求。3

27、.2.12. 拉桿和定距管的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1拉桿直徑GB151-1999管殼式換熱器表43122拉桿數(shù)量GB151-1999管殼式換熱器表4483定距管規(guī)格GB151-1999管殼式換熱器取4拉桿在管板端螺紋長度GB151-1999管殼式換熱器表45505拉桿在折流板端螺紋長度GB151-1999管殼式換熱器表45156拉桿上倒角高GB151-1999管殼式換熱器表452.03.2.13. 分程隔板厚度選取根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器，分層隔板厚度取3.2.14. 支座的選擇及應力校核3.2.14.1支座的選擇根據(jù)鋼制管法蘭 墊片 緊固件 鞍式支座的選擇重型

28、BI型焊制鞍式支座（表7） 當取鞍式支座的相關尺寸如下：序號項目符號單位數(shù)值1公稱直徑7002允許載荷1703鞍座高度2004底板640150105腹板86筋板350140200107墊板弧長8303506368螺栓間距4609帶墊板鞍座質量2810包角12011型號BI7003.2.14.2鞍座的應力校核（1）原始數(shù)據(jù)表序號項目符號單位數(shù)值1設計壓力1.762設計溫度1453物料密度8154筒體內(nèi)徑7005筒體長度30906公稱厚度87厚度附加量28鞍座型號BIF，S型各一個9鞍座中心線離封頭切線的距離84810鞍座腹寬17011腹板厚度1012鞍座包角12013容器與封頭的材料Q345R

29、14容器與封頭的許用應力17015鞍座材料16鞍座材料許用應力12517容器自重200018物料重量150019總重量3500（2）校核計算序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1支座反力625782系數(shù)0.243系數(shù)1.1024系數(shù)0.6065筒體在支座跨中截面處的彎矩-4.216筒的支座截面的彎矩-4.927跨中截面處的軸向應力（最高點）0.9368跨中截面處的軸向應力（最低點）52.369系數(shù)A0.002110系數(shù)GB1501998圖6-312811軸向許用壓縮應力12812比較，驗算合格筒體和封頭中的切向剪應力13系數(shù)過程裝備設計表5-21.1714切向剪應力3.0915橢圓形封頭的形

30、狀系數(shù)標準橢圓形封頭1.016封頭內(nèi)壓引起應力76.8117比較，驗算合格筒體的周向應力18鞍座截面筒體最低處的周向應力-9.3419系數(shù)過程裝備設計表5-30.76020筒體有效寬度256.821鞍座邊角處筒體的周向應力-42.3622系數(shù)過程裝備設計表5-30.052823比較，驗算合格。鞍座腹板應力24系數(shù)過程裝備設計表5-50.20425鞍座承受水平分力5938.0926鞍座計算高度取實際高度20027取和中較小者為，即28鞍座有效斷面平均應力5.0929比較，驗算合格參考文獻1金志浩管殼式換熱器原理與設計M沈陽：遼寧科學技術出版社，2001：1-12劉月芹淺談?chuàng)Q熱器的分類和特點J化工

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