電力用油運(yùn)動(dòng)黏度影響因素的試驗(yàn)研究

彭登明，王海飛，林瓊芬，周臣，洪新華，楊圣超，劉祥亮

電力用油運(yùn)動(dòng)黏度影響因素的試驗(yàn)研究

彭登明1，王海飛1，林瓊芬2，周臣1，洪新華3，楊圣超3，劉祥亮3

（1. 中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，上海 200086；2. 淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000；3. 中電華創(chuàng)（蘇州）電力技術(shù)研究有限公司，江蘇 蘇州 215123）

為了做好電廠電力用油的技術(shù)監(jiān)督、更深刻地理解運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)，通過對(duì)運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定過程中的各個(gè)影響因素分別進(jìn)行分析、試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)溫度、毛細(xì)管黏度計(jì)的干燥清潔、氣泡的存在、毛細(xì)管黏度計(jì)的選用等都會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)結(jié)果造成影響。相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)充分了解這些影響因素的影響方式和影響程度，做好電力用油運(yùn)動(dòng)黏度的測(cè)定工作。

運(yùn)動(dòng)黏度；電力用油；試驗(yàn)研究；溫度；黏度計(jì)

黏度是指油品在外界力作用下，作相對(duì)層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，油品分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。黏度有多種表示方式，其中在電力行業(yè)應(yīng)用最廣泛的是運(yùn)動(dòng)黏度。運(yùn)動(dòng)黏度是電力用油重要的性能指標(biāo)和使用指標(biāo)之一。大部分的渦輪機(jī)油和抗燃油的牌號(hào)是根據(jù)某一溫度下運(yùn)動(dòng)黏度的平均值來確定的。

《電廠用渦輪機(jī)油維護(hù)管理導(dǎo)則》（GB/T 14541—2017）規(guī)定，新油驗(yàn)收時(shí)必須檢測(cè)運(yùn)動(dòng)黏度，新油投入運(yùn)行后也須定期檢測(cè)運(yùn)動(dòng)黏度，如果運(yùn)動(dòng)黏度低，說明油品可能被污染或是嚴(yán)重劣化，嚴(yán)重時(shí)須要進(jìn)行換油?！峨姀S用磷酸酯抗燃油運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》（DL/T 571—2014）也有類似規(guī)定，且運(yùn)行抗燃油的運(yùn)動(dòng)黏度檢測(cè)周期更短。

由于運(yùn)動(dòng)黏度的重要性和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，準(zhǔn)確檢測(cè)油品運(yùn)動(dòng)黏度是發(fā)電廠的一項(xiàng)重要工作，關(guān)系到機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而目前，在很多發(fā)電廠的實(shí)驗(yàn)室中，運(yùn)動(dòng)黏度檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性和準(zhǔn)確性達(dá)不到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求的情況時(shí)有發(fā)生。本文針對(duì)這一問題，深入研究了影響運(yùn)動(dòng)黏度的各個(gè)影響因素，通過試驗(yàn)分析它們的影響方式和影響程度，以期幫助電廠化學(xué)從業(yè)人員更深刻、全面地了解運(yùn)動(dòng)黏度，做好運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)工作，保障電廠發(fā)電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)中影響運(yùn)動(dòng)黏度的因素

1.1 運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)

電力用油的運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)一般依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法》（GB/T 265—1988）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)方法為：在某一恒定溫度下，測(cè)定一定體積的液體在重力下流過一個(gè)標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)的時(shí)間，黏度計(jì)的毛細(xì)管常數(shù)與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的乘積即為該溫度下測(cè)定液體的運(yùn)動(dòng)黏度。

2019年7月份，對(duì)9家火力發(fā)電廠進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)黏度盲樣（礦物潤(rùn)滑油，40 ℃下）測(cè)試比對(duì)，盲樣標(biāo)準(zhǔn)值為45.36 mm2·s-1，比對(duì)結(jié)果如表1所示。

表1 9家火力發(fā)電廠運(yùn)動(dòng)黏度盲樣測(cè)試比對(duì)結(jié)果

從比對(duì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同電廠在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)黏度時(shí)存在一定程度的偏差，部分結(jié)果偏差較大。筆者認(rèn)為，有必要對(duì)檢測(cè)中造成這種偏差的各種因素進(jìn)行研究，了解各個(gè)因素的影響原理，以盡可能準(zhǔn)確地測(cè)定油品運(yùn)動(dòng)黏度。

1.2 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)黏度的影響因素

1.2.1 試驗(yàn)溫度

油品的黏度跟溫度緊密相關(guān)，隨溫度的升高而降低。對(duì)油品的黏度，必須指明是多少溫度下的黏度，否則沒有意義。

圖1 某46號(hào)汽輪機(jī)油運(yùn)動(dòng)黏度與溫度的關(guān)系

試驗(yàn)過程中，應(yīng)保持恒溫槽溫度準(zhǔn)確、恒定，一般溫度變化不超過0.1 ℃，可通過經(jīng)計(jì)量的水銀溫度計(jì)對(duì)恒溫槽溫度進(jìn)行確認(rèn)或校正。

樣品在恒溫槽內(nèi)恒溫一定時(shí)間至規(guī)定試驗(yàn)溫度后方可開始試驗(yàn)。對(duì)于樣品的恒溫時(shí)間，根據(jù)試驗(yàn)溫度有不同規(guī)定，見表2。

表2 黏度計(jì)在恒溫水浴中的恒溫時(shí)間

該恒溫時(shí)間規(guī)定是為了保證黏度計(jì)內(nèi)樣品溫度能達(dá)到目標(biāo)溫度，故應(yīng)至少保證表中規(guī)定的恒溫時(shí)間。在某些特殊情況下應(yīng)適當(dāng)增加恒溫時(shí)間，如室溫為35 ℃時(shí)，測(cè)定20 ℃下試樣的運(yùn)動(dòng)黏度，應(yīng)適當(dāng)增加恒溫時(shí)間。

為了研究控溫精度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，筆者對(duì)某32號(hào)汽輪機(jī)油和某46號(hào)抗燃油在39.0、39.5、40.0、40.5、41 ℃溫度下分別測(cè)試運(yùn)動(dòng)黏度，結(jié)果如表3所示。

從該組試驗(yàn)結(jié)果可以看出，與40.0 ℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度數(shù)據(jù)相比，無論是汽輪機(jī)油還是抗燃油，溫度相差0.5 ℃時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果相差不大，而溫度相差1.0 ℃時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果有一定差距了。當(dāng)溫度相差更大時(shí)，則試驗(yàn)結(jié)果的差距亦會(huì)變大。

表3 同一油樣在不同控溫下的運(yùn)動(dòng)黏度

1.2.2 毛細(xì)管黏度計(jì)

試驗(yàn)時(shí)，黏度計(jì)應(yīng)垂直浸入恒溫槽中，且試驗(yàn)過程中不要振動(dòng)黏度計(jì)。毛細(xì)管黏度計(jì)若發(fā)生傾斜, 會(huì)改變液柱的高度, 從而改變了靜壓力的大小, 使流動(dòng)時(shí)間和測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生偏差。

黏度計(jì)要干燥清潔，試驗(yàn)完的黏度計(jì)要用經(jīng)2號(hào)砂芯漏斗過濾的洗液浸泡一天，若洗液清洗不干凈，則改用5%氫氧化鈉乙醇溶液浸泡，再用蒸餾水沖洗干凈，直至毛細(xì)管壁不掛水珠，洗凈的黏度計(jì)置于110 ℃烘箱中烘干。

黏度計(jì)的毛細(xì)管內(nèi)徑很小，通常在1.2 mm左右，不易洗凈，針對(duì)這一問題，筆者與同事設(shè)計(jì)了一套毛細(xì)管黏度計(jì)自動(dòng)清洗干燥裝置。該裝置以石油醚為洗液，洗凈之后可以自動(dòng)烘干，且可以設(shè)置清洗時(shí)長(zhǎng)。經(jīng)過試驗(yàn)比對(duì)，該裝置在清洗時(shí)長(zhǎng)大于900 s時(shí)可認(rèn)為黏度計(jì)已清洗干凈。為了研究黏度計(jì)清洗程度不同時(shí)油樣運(yùn)動(dòng)黏度的表現(xiàn)，筆者設(shè)計(jì)了一組試驗(yàn)：選取一潔凈黏度計(jì)，先測(cè)試某潤(rùn)滑油（1號(hào)油樣）40 ℃下的運(yùn)動(dòng)黏度，然后黏度計(jì)用另一油樣（2號(hào)油樣）沖洗3遍，再用黏度計(jì)清洗裝置清洗，分別設(shè)置清洗時(shí)長(zhǎng)為300、600、900 s，然后用該黏度計(jì)對(duì)1號(hào)油樣進(jìn)行運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。

表4 黏度計(jì)清洗程度不同時(shí)1號(hào)油樣的運(yùn)動(dòng)黏度

從表4可以看出，黏度計(jì)清洗不凈時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度出現(xiàn)了很大的偏差。

1.2.3 試樣中的氣泡

試樣中不允許有氣泡存在。氣泡會(huì)影響裝油體積，形成氣塞，增大流動(dòng)阻力，使測(cè)定結(jié)果偏高。選擇了4個(gè)油樣，人為地在試樣中制造氣泡，以考察這些油樣在有氣泡和無氣泡時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度（40 ℃）表現(xiàn)，得到以下檢測(cè)結(jié)果（表5）。

由表5的數(shù)據(jù)可以看出，存在氣泡時(shí)，油樣的運(yùn)動(dòng)黏度明顯偏高，且?guī)捉M試驗(yàn)的重復(fù)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法和動(dòng)力粘度計(jì)算法》（GB/T 265—1988）的要求“同一操作者，用同一試驗(yàn)重復(fù)測(cè)定兩個(gè)結(jié)果之差，不應(yīng)超過算術(shù)平均值的1.0%（測(cè)定黏度的溫度：100~15 ℃）”。盡管在比對(duì)試驗(yàn)中制造的氣泡比較大（見圖2），但氣泡的存在對(duì)結(jié)果的影響是顯而易見的，即使很小的氣泡也會(huì)使結(jié)果產(chǎn)生偏差。

表5 同一油樣有無氣泡時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度（40℃）檢測(cè)結(jié)果比對(duì)

圖2 有氣泡的運(yùn)動(dòng)黏度試樣

1.2.4 毛細(xì)管常數(shù)

為了考察毛細(xì)管常數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，筆者選用6種規(guī)格的毛細(xì)管黏度計(jì)對(duì)同一試樣（標(biāo)準(zhǔn)油，已知40 ℃下運(yùn)動(dòng)黏度為45.15 mm2·s-1）進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，當(dāng)毛細(xì)管常數(shù)過大或者過小時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)結(jié)果均會(huì)出現(xiàn)較大偏差：0.6 mm和0.8 mm內(nèi)徑的毛細(xì)管檢測(cè)結(jié)果偏離標(biāo)準(zhǔn)值超過10%，2.0 mm內(nèi)徑的毛細(xì)管檢測(cè)結(jié)果偏差也有1.7%。

表6 不同規(guī)格毛細(xì)管對(duì)同一試樣的檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法》（GB/T 265—1988）規(guī)定，測(cè)定試樣的運(yùn)動(dòng)黏度時(shí)，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)溫度選用適當(dāng)毛細(xì)管常數(shù)的黏度計(jì)，務(wù)使試樣的流動(dòng)時(shí)間不少于200 s，內(nèi)徑0.4 mm的黏度計(jì)流動(dòng)時(shí)間不少于350 s。該規(guī)定目的是使試樣在毛細(xì)管中的流動(dòng)為層流，因?yàn)橛糜谟?jì)算試樣黏度的泊塞耳方程式是在一定層流狀態(tài)下，由牛頓摩擦定律經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出的。若試樣在毛細(xì)管中流速過快，會(huì)出現(xiàn)紊流，就不能應(yīng)用泊塞耳方程式計(jì)算，同時(shí)，由于存在著流動(dòng)時(shí)間的秒表讀數(shù)誤差，時(shí)間越短，所測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差就越大；若試樣在毛細(xì)管中流動(dòng)過慢，測(cè)定時(shí)間內(nèi)不易保持溫度的恒定，會(huì)由于溫度的波動(dòng)造成測(cè)定的誤差。所以一般情況下，測(cè)定時(shí)潤(rùn)滑油在毛細(xì)管中流動(dòng)時(shí)間控制在200~500 s比較適中，這樣既可以保證試樣在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)為層流狀態(tài)，又能夠盡量減少秒表讀數(shù)誤差和溫度波動(dòng)造成的誤差。在電廠調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分電廠存在毛細(xì)管黏度計(jì)規(guī)格不全、數(shù)量不足導(dǎo)致在檢測(cè)過程中未選用適當(dāng)毛細(xì)管常數(shù)的黏度計(jì)的情況。因此，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)黏度時(shí)，分析人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行此規(guī)定。

1.3 各影響因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響程度分析

本文從不確定度的角度來分析各影響因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響程度。

1.3.1 數(shù)學(xué)模型

計(jì)算公式：

—黏度計(jì)常數(shù)，mm2·s-1；

1.3.2 不確定度來源分析

測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度r，按A類不確定度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定；

測(cè)定時(shí)間引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度1，按B類不確定度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定；

黏度計(jì)系數(shù)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度2，按B類不確定度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定；

溫度測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度3，按B類不確定度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。

1.3.3 不確定度分量

不確定度分量計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 測(cè)定時(shí)間及運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)算結(jié)果

1）重復(fù)測(cè)量引入的相對(duì)不確定度r ,設(shè)其為正態(tài)分布，則：

（X）=0.003 1 。

取3次測(cè)量平均值作為檢測(cè)結(jié)果，則有：

2）由測(cè)定時(shí)間引入的相對(duì)不確定度1。用于記錄時(shí)間的電子秒表檢定結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)值10 min時(shí)測(cè)量值為10 min 00.00s、標(biāo)準(zhǔn)值29 min時(shí)測(cè)量值 29 min 00.00 s，誤差值0.00 s。假設(shè)流動(dòng)時(shí)間為t s、最大允許誤差為0.07 s、矩形分布。

3）毛細(xì)管黏度計(jì)常數(shù)校準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度2。所選用的毛細(xì)管黏度計(jì)相對(duì)擴(kuò)展不確定度均為0.6%、=2，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.003。毛細(xì)管黏度計(jì)儀器常數(shù)選mm2·s-1時(shí)其標(biāo)準(zhǔn)不確定度的值為×0.006/2，則黏度計(jì)常數(shù)校準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度：

4）溫度測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度3。測(cè)量運(yùn)動(dòng)黏度時(shí)所用的溫度計(jì)控溫精度為±0.1℃，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果：運(yùn)動(dòng)黏度變化率為 0.18 mm2·s-1·℃-1。

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

1.3.4 合成不確定度

將上述不確定度分量列于表8。

從表8可以看出，毛細(xì)管黏度計(jì)常數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定的不確定度貢獻(xiàn)最大，之后依次為溫度測(cè)量、時(shí)間測(cè)量、重復(fù)性。

在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)運(yùn)動(dòng)黏度過程中，黏度計(jì)清洗不凈和氣泡屬于錯(cuò)誤操作，其對(duì)結(jié)果的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毛細(xì)管黏度計(jì)常數(shù)和溫度測(cè)量的影響，因此從影響程度來分，黏度計(jì)清洗不凈、氣泡>毛細(xì)管黏度計(jì)常數(shù)＞溫度。

表8 運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定的不確定度分量表

2 設(shè)備運(yùn)行中影響運(yùn)動(dòng)黏度的因素

運(yùn)動(dòng)黏度屬于油品的物理性能，一般情況下不易發(fā)生改變。但在電廠機(jī)組的運(yùn)行過程中，油品的運(yùn)動(dòng)黏度會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而或多或少地發(fā)生改變，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)黏度發(fā)生改變的常見因素有以下幾種。

2.1 油中混入了機(jī)械雜質(zhì)

機(jī)械雜質(zhì)的存在，會(huì)影響液體石油產(chǎn)品在黏度計(jì)中的正常流動(dòng)。機(jī)械雜質(zhì)易粘附在毛細(xì)管內(nèi)壁，堵塞毛細(xì)管，增加油樣流動(dòng)阻力，會(huì)使油樣流動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)，造成測(cè)定結(jié)果偏高。測(cè)試前，應(yīng)當(dāng)用濾紙過濾試樣以除去機(jī)械雜質(zhì)。

2.2 油中水分含量大

油品的乳化會(huì)影響試樣在毛細(xì)管中的流動(dòng)，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)黏度的改變。此外，如果在較高溫度下測(cè)定黏度時(shí)，水分會(huì)汽化；測(cè)定較低溫度下的黏度時(shí)，水分會(huì)凝結(jié)，都會(huì)影響試樣在毛細(xì)管黏度計(jì)中的正常流動(dòng)。水分含量大時(shí)應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行脫水，再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)。

2.3 混入其他油品

不同的油品運(yùn)動(dòng)黏度不同，運(yùn)行油中混入其他種類的油品，必然引起原運(yùn)行油運(yùn)動(dòng)黏度的改變。

3 結(jié) 論

1）在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)時(shí)，試驗(yàn)溫度、毛細(xì)管黏度計(jì)的干燥清潔、氣泡的存在、毛細(xì)管黏度計(jì)的選用等都會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)結(jié)果造成影響。

2）在電廠機(jī)組運(yùn)行過程中，混入的機(jī)械雜質(zhì)、水分、其他種類油品等因素會(huì)使油品運(yùn)動(dòng)黏度發(fā)生改變。

相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)充分了解這些因素對(duì)運(yùn)動(dòng)黏度的影響方式和影響程度，深刻理解運(yùn)動(dòng)黏度的檢測(cè)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求開展試驗(yàn)，一方面可以獲得準(zhǔn)確可信的運(yùn)動(dòng)黏度數(shù)據(jù)，另一方面在事故分析中能快速、準(zhǔn)確地找到運(yùn)動(dòng)黏度改變的原因，從而做好電力用油的技術(shù)監(jiān)督。

［1］汪紅梅. 電力用油（氣）[M].北京: 中國電力出版社，2015.

［2］周志琴. 影響石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量準(zhǔn)確性的因素及改進(jìn)措施[J].全面腐蝕控制，2017，31（9）：33-35.

［3］GB265—1988，石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定法和動(dòng)力粘度計(jì)算法[S].

［4］DL/T571—2014，電廠用磷酸酯抗燃油運(yùn)行與維護(hù)導(dǎo)則[S].

［5］GB/T14541—2017，電廠用礦物渦輪機(jī)油維護(hù)管理導(dǎo)則[S].

［6］GB11120—2010，渦輪機(jī)油[S].

Experimental Study on some Influence Factors of Kinematic Viscosity Determination of Oil Used in Electric Power Industry

1,1,2,1,2,2,2

（1. China Power Huachuang Electricity Technology Research Co., Ltd., Shanghai 200086, China;2. Huainan Pingwei Power Generation Co., Ltd., Huainan 232000, China;3. China Power Huachuang(Suzhou) Electricity Technology Research Co., Ltd., Suzhou Jiangsu 215123, China）

In order to do a good job in the technical supervision of power plant oil and understand the detection of kinematic viscosity more deeply, various influencing factors in the process of kinematic viscosity measurement were analyzed and researched, it was found that the test temperature, the drying and cleaning of capillary viscometer, the existence of bubbles and the selection of capillary viscometer could affect the detection results of kinematic viscosity. Relevant practitioners should fully understand the influence mode and degree of these factors, and do a good job in determining the kinematic viscosity of power oil.

kinematic viscosity; oil used in electric power industry; Experimental study; Temperature; Viscometer

2020-08-07

彭登明（1991-），男，河南省信陽市人，助理工程師， 2013年畢業(yè)于上海電力學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：電力用油（氣）實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及設(shè)備故障診斷。

TE626.3

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1004-0935（2020）12-1479-05