關(guān)鍵詞：可燃粉塵；通風(fēng)除塵；工程要點

2014年8月2日7時34分，位于江蘇省蘇州市昆山市昆山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的昆山中榮金屬制品有限公司拋光二車間發(fā)生特別重大鋁粉塵爆炸事故，共計造成146人死亡，114人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失已達(dá)3.51億元。

近期粉塵爆炸事故呈高發(fā)態(tài)勢，昆山粉塵爆炸事故不是偶然，從該起特別重大事故暴露出來的一系列問題：

1)可燃性粉塵定性定量問題，企業(yè)如何確定生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵是可燃可爆的；

2）防爆區(qū)域劃分問題；粉塵防爆20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)的問題，涉及電氣電路、非電氣防爆、照明燈具、設(shè)備布置、布局、靜電防護(hù)等問題。

3）通風(fēng)設(shè)計參數(shù)問題——通風(fēng)速度、通風(fēng)壓力、通風(fēng)阻力；該類型參數(shù)的設(shè)置對于可燃粉塵要求及標(biāo)準(zhǔn)，如不能滿足標(biāo)準(zhǔn)將帶來極大火災(zāi)爆炸風(fēng)險。

4）通風(fēng)設(shè)備——通風(fēng)風(fēng)機(jī)、電機(jī)、通風(fēng)風(fēng)管、局部排風(fēng)罩防范火源、防止火花產(chǎn)生的問題；

5）除塵方式選擇——濕法除塵或干法除塵；根據(jù)粉塵性質(zhì)，如是濕法處理，特別是對于金屬顆粒物的處理，要注意氫氣處理問題并注重過濾效率；對于干法除塵而言，要注意除塵箱體、濾筒等是相對受限空間問題，還有除塵過濾材料問題在過濾濾塵過程中產(chǎn)生的靜電釋放以及靜電導(dǎo)除問題；

6）通風(fēng)設(shè)計歸口單位，通風(fēng)除塵工程、特別是涉及新建、改造的可燃可爆炸風(fēng)險域的局部通風(fēng)設(shè)計，歸口部門是安全監(jiān)督管理部門的安全專篇設(shè)計，還是住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的車間設(shè)計、通風(fēng)設(shè)計以及通風(fēng)設(shè)計出圖、驗收、簽章的流程管理問題,應(yīng)權(quán)屬監(jiān)管，明確職責(zé)。

粉塵處理在許多工業(yè)設(shè)施中構(gòu)成潛在的爆炸危險。類似于氣體爆炸，粉塵爆炸的后果通常是嚴(yán)重的，然而，爆炸的發(fā)生是有條件的^[1]。以下就是圍繞以上問題進(jìn)行分析、探索及分析。

1 可燃性粉塵分類

可燃性粉塵（爆炸性粉塵）指與空氣混合后可能陰燃、悶燃、爆燃現(xiàn)象的粉塵。在相關(guān)企業(yè)的實際生產(chǎn)過程中，企業(yè)工作人員對可燃性粉塵的認(rèn)識很不全面，僅僅認(rèn)為使用明火無法點燃，就認(rèn)為該粉塵為非可燃粉塵。所以在企業(yè)實際通風(fēng)除塵工程中，可燃性粉塵火災(zāi)爆炸危險性是被嚴(yán)重低估的，通風(fēng)工程在設(shè)計之初就無防火防爆概念、更無法涉及防火防爆設(shè)計規(guī)范。

國家安全監(jiān)管總局出臺的《工貿(mào)行業(yè)重點可燃性粉塵目錄（2015版）》^[2]明確了45種可燃性粉塵，包括：金屬制品加工粉塵、農(nóng)副產(chǎn)品加工粉塵、木制品/紙制品加工粉塵、紡織品加工粉塵、橡膠和塑料制品加工粉塵、冶金/有色/建材行業(yè)煤粉制備粉塵和其他粉塵，可見，可燃性粉塵的種類繁多，涉及的成分廣泛，因此有必要對粉塵的爆炸危險性進(jìn)行評估。

2 可燃性粉塵特性參數(shù)

當(dāng)可燃粉塵懸浮在助燃?xì)怏w中，混合達(dá)到爆炸極限并有足以引起粉塵爆炸的點火源時，粉塵便會發(fā)生爆炸，因此，可燃粉塵是具有一定危險的顆粒^[3]。粉塵爆炸可以是一次或者二次爆炸^[4]。然而，絕大部分企業(yè)都對粉塵燃燒、爆炸特性一無所知。從粉塵顆粒的物化機(jī)理特性來看，可燃性粉塵云爆炸特性主要通過最大爆炸壓力、壓力上升速率、爆炸指數(shù)、爆炸極限、最小點火能、最低著火溫度、最大允許氧濃度等七方面來描述，如表1。這些參數(shù)在泄爆、抑爆、隔離、惰化等防爆工程設(shè)計方面是基礎(chǔ)元素。

3 爆炸風(fēng)險區(qū)域劃分

粉塵燃燒需要三條件即可燃物、助燃物及點火源，爆炸是在燃燒的條件下增加兩個條件，一是粉塵擴(kuò)散形成粉塵云，二是在相對受限空間，也就是爆炸需要五個條件。相對來說，粉塵爆炸也可以認(rèn)為是一種快速的粉塵顆粒燃燒，基于此需要對工廠、車間、工位的危險區(qū)域進(jìn)行劃分。爆炸性危險場所是指存在或可能存在可燃性物質(zhì)與空氣混合物的場所。很多企業(yè)對可燃性粉塵的防爆區(qū)域的劃分不是很了解，即使部分企業(yè)劃分防爆區(qū)域但有較多地方不到位，首先就是電氣線路布線、靜電防護(hù)等電力環(huán)節(jié)與設(shè)計爆炸風(fēng)險區(qū)域等級脫節(jié)的問題。其次電力裝置沒有按照安裝規(guī)范要求并實施防爆裝置的安裝等。根據(jù)GB50058-2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》^[5]，可燃性粉塵和易燃性纖維與空氣混合形成爆炸性混合物的場所，按其危險程度的大小可分為20、21、22三個區(qū)域等級。20區(qū)：在正常運行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內(nèi)部；21區(qū)：在正常運行過程中，可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場所，該區(qū)域包括與充入排放粉塵點直接相鄰的場所、出現(xiàn)粉塵層和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所；22區(qū)：在異常條件下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)并且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。但對于通風(fēng)系統(tǒng)中一些重要區(qū)域如除塵器箱體、集塵倉、清灰電機(jī)等劃分區(qū)域常常存在偏差,因此在系統(tǒng)設(shè)計的時候要予以重點關(guān)注。

在粉塵爆炸性環(huán)境內(nèi)，電氣設(shè)備須根據(jù)爆炸危險區(qū)域的分區(qū)、可燃性物質(zhì)和可燃性粉塵的分級、可燃性物質(zhì)的引燃溫度、可燃性粉塵云和可燃性粉塵層的最低引燃溫度進(jìn)行選擇。爆炸性粉塵環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備的選型根據(jù)設(shè)備防護(hù)級別選擇，國內(nèi)外以及制定了包括GB12476、GB3836、GB50058、IEC61241、EN61241、IEC60079、EN 60079等詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)以及所在的爆炸風(fēng)險區(qū)域進(jìn)行防爆電氣選型。

近年對于非電氣防爆也提上議程，我國的防爆技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是在IEC（國際電工委員會）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上借鑒并依據(jù)國內(nèi)的現(xiàn)狀而進(jìn)行了本土化修訂；GB3836系列24個標(biāo)準(zhǔn)正是當(dāng)時IEC60079系列標(biāo)準(zhǔn)（已更新）的等效采用，針對的是電氣設(shè)備在氣體爆炸環(huán)境的防爆標(biāo)準(zhǔn)。這里有兩個關(guān)鍵詞就是：“電氣設(shè)備”和“氣體爆炸環(huán)境”，那么于此對應(yīng)的兩個概念便是：“非電氣設(shè)備”和“粉塵爆炸環(huán)境”。

非電氣設(shè)備是指通過機(jī)械方式實現(xiàn)其預(yù)定功能的設(shè)備，參照 EN 13463-3，國內(nèi)制定了GB 25286.1-2010 爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備^[6]。電氣設(shè)備的不穩(wěn)定狀況導(dǎo)致諸如“電火花”、“熱表面”等點火源，GB 25285.1-2010《爆炸性環(huán)境爆炸預(yù)防和防護(hù) 第1部分：基本原則和方法》^[7]指出了13種可能的點火源，其中包括絕“熱壓縮和沖擊波”“機(jī)械產(chǎn)生的火花”“靜電”“熱輻射”、“火焰和熱氣體”等其他點燃源引發(fā)爆炸的可能應(yīng)當(dāng)歸列于非電氣防爆問題。

通風(fēng)參數(shù)設(shè)計主要包括通風(fēng)速度、通風(fēng)阻力、除塵效率的計算等內(nèi)容，特別要注意這些參數(shù)的設(shè)計對可燃粉塵爆炸風(fēng)險影響問題。

1 通風(fēng)風(fēng)速與阻力

關(guān)于通風(fēng)合理風(fēng)速的計算和確定，具體需要考慮的問題如下：

1）較多工廠為降低投資成本，一方面風(fēng)管設(shè)計為粗糙的磚砌結(jié)構(gòu)，沿程阻力較大；另一方面為風(fēng)速流速設(shè)計偏低，導(dǎo)致大量粉塵在管道沉積，留下嚴(yán)重的安全隱患。部分工廠為降低爆炸風(fēng)險進(jìn)行除塵器改造，配備諸如單向閥亦等爆炸保護(hù)裝置，降低除塵系統(tǒng)產(chǎn)生系統(tǒng)爆炸的可能性，但安裝單向閥后的除塵管道阻力增大，原有的除塵器風(fēng)機(jī)的功率可能就無法保證除塵效率，因此需要重新復(fù)核設(shè)計。

2）在通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)計過程中的變徑、三通、彎頭等未按照相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，T字型三通較多，管道盲端較多，導(dǎo)致局部阻力增大，在這些環(huán)節(jié)過程中隨著沉積粉塵的大量堆積而再次揚起在造成風(fēng)流風(fēng)速突變，將加劇管道中含塵氣流的紊亂，達(dá)到粉塵爆炸極限。以鋁鎂粉塵為例，AQ4273-2016《粉塵爆炸危險場所用除塵系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)范》^[8]指出鋁鎂制品拋光、打磨加工的除塵器進(jìn)風(fēng)管，其設(shè)計風(fēng)速按照風(fēng)管內(nèi)的粉塵濃度不大于爆炸下限的25%計算，且不小于23m/s。即使設(shè)計風(fēng)速高于23m/s，由于工廠的實際情況，變徑、三通、彎頭等數(shù)量偏多，可能導(dǎo)致實際風(fēng)管的局部風(fēng)速低于最低值，除塵效率下降，造成管道內(nèi)粉塵堆積，爆炸風(fēng)險增加。

3）通風(fēng)除塵系統(tǒng)中，應(yīng)將風(fēng)機(jī)布置在末端，但工程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在局部吸收罩前端，如風(fēng)機(jī)在前端，風(fēng)機(jī)后續(xù)風(fēng)管將產(chǎn)生正壓，正壓含塵氣流在風(fēng)管中的傳輸流動將造成極大風(fēng)險。

2 除塵器類型與選擇

通風(fēng)除塵系統(tǒng)與工藝設(shè)計密切相關(guān)^[9]。設(shè)計通風(fēng)除塵系統(tǒng)時，必須對產(chǎn)生可燃性粉塵的工藝過程進(jìn)行詳細(xì)了解，如裝置的數(shù)量、原料輸配的方式等，對于一些工藝復(fù)雜的要在在工藝流程圖與平面布置圖上標(biāo)（點）出。除塵技術(shù)可分為干式除塵和濕式除塵兩大類等^[10]。依據(jù)不同粉塵燃燒特性進(jìn)行科學(xué)的除塵方式選擇，并配套相應(yīng)的防爆措施。根據(jù)《工貿(mào)行業(yè)重點可燃性粉塵目錄（2015版）》對可燃性粉塵的種類劃分，表2指出了各類粉塵的除塵方式選擇及配套防爆措施推薦。爆炸傳播受多種參數(shù)的影響，正確配置爆炸隔離裝置是確保有效阻止爆炸的關(guān)鍵。同時也要對特殊粉塵的除塵方式進(jìn)行特殊設(shè)計，例如對金屬粉塵的處理^[11]。

注：表中“*”為必須配備，“√”為推薦配置，“#”需綜合具體粉塵特性、工藝特點、用量大小等情況確定選擇。

目前在可燃粉塵領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的是濕式除塵與布袋除塵器，對除塵裝置的合理選擇必須結(jié)合工藝工況及粉塵的性質(zhì)來選擇最佳方案。需要注意以下幾點：

1)對于工作環(huán)境的通風(fēng)除塵凈化設(shè)計，工作區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度必須滿足工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)健康安全標(biāo)準(zhǔn)，盡可能降低工作面濃度。

2)含塵氣體的排放濃度必須滿足國家或地方的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3)含塵氣體的濃度及粉塵的粒徑、物理性質(zhì)等屬性問題。處理幾微米以下的粉塵時，要選用過濾式除塵裝置；處理粉塵的粒徑粗大、含塵量高時，要同時采用慣性除塵器或旋風(fēng)除塵器等作預(yù)處理裝置；溫度較高或濕度較大含塵氣體不適宜袋式除塵。

4)除塵設(shè)備的位置布局設(shè)計等問題。除塵器是粉塵收集器，從某種程度上，粉塵的收集加劇了粉塵爆炸風(fēng)險，因此對其布置室內(nèi)或是室外應(yīng)該進(jìn)行風(fēng)險評估，GB/T17919-2008《粉塵爆炸危險場所用收塵器防爆導(dǎo)則》^[12]指出收塵器宜布置在室外，在設(shè)計中考慮除塵器于室外運行氣候參數(shù)，暴曬將增加除塵器內(nèi)部溫度、氣溫過低的北方還需要考慮結(jié)露結(jié)冰的問題。濕度過大，對于合金粉塵將產(chǎn)生鋁熱，同時對于風(fēng)險較高的除塵裝置，其泄爆、抑爆裝置或除塵器的安全附件必須滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和粉塵爆炸危險場所用除塵系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)范。鋁鎂粉塵的爆炸指數(shù)隨著粒徑的表小而急劇升高，若使用干式除塵器則需要配備粉塵爆炸保護(hù)措施的管道包括泄爆、抑爆、隔爆等裝置，方能降低爆炸風(fēng)險。AQ4273-2016《粉塵爆炸危險場所用除塵系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)范》指出對于鋁鎂制品機(jī)械加工粉塵推薦選用濕式除塵器，采用水洗或水幕除塵工藝。圖1為NFPA484^[13]指出的五種濕式除塵器的濕式除塵方式，其中方式a、b、c、d屬于水洗式，含塵氣流導(dǎo)入水中，在水位上升空間制作循環(huán)渦流板，使得含塵空氣和水充分混合，以達(dá)到高效除塵的目的。而方式c原理類似于目前國內(nèi)常用的水幕除塵，含塵氣流于水幕接觸時間不長，導(dǎo)致對部分粒徑較小粉塵特別是對2微米以下的細(xì)微粉塵除塵效率相對較低，d方式對于小粒徑的除塵效率將會更高，對于鋁鎂制品機(jī)械加工進(jìn)行除塵器改造，并非僅僅將干式除塵改為濕式除塵，還要考慮濕式除塵效率問題，否則由于鋁鎂粉塵自身遇濕發(fā)熱的特性，反而造成導(dǎo)入式爆炸風(fēng)險。當(dāng)然，為追求更高的安全系數(shù)，可以推薦濕式除塵器在前，干式除塵器在后的分級除塵，提高除塵效率，徹底降低爆炸風(fēng)險。

1 部件設(shè)計以及系統(tǒng)性設(shè)計問題

一個完整的通風(fēng)除塵系統(tǒng)包括吸塵罩、通風(fēng)管道、除塵器、風(fēng)機(jī)四大部分。局部排風(fēng)罩可實現(xiàn)粉塵產(chǎn)生點直接捕集防止在作業(yè)場所的擴(kuò)散沉積，充分利用完善的局部排風(fēng)罩，可實現(xiàn)用最小的風(fēng)量獲得最佳的控塵效果。通風(fēng)管道設(shè)計滿足高效低阻的要求，避免粉塵沉積。除塵器選型、設(shè)計正確，滿足防爆要求。風(fēng)機(jī)由于連續(xù)運轉(zhuǎn)，要考慮過熱表面形成著火源風(fēng)險。四大部件聯(lián)接成通風(fēng)整體系統(tǒng)，設(shè)計聯(lián)接環(huán)節(jié)過程也需要考慮靜電導(dǎo)除、整體承受日常運行的風(fēng)流負(fù)壓壓力以及粉塵爆炸產(chǎn)生的正壓壓力。

廠房內(nèi)常見的的問題是通風(fēng)除塵系統(tǒng)與工藝設(shè)計關(guān)系不夠緊密，甚至有些沒有考慮到實際的工藝情況，所以實際的生產(chǎn)過程中才會遇到諸多棘手的問題。例如局部排氣氣罩設(shè)計需考慮欲捕集污染物的特性，然而更多的工廠沒有按照自己的工藝情況，沒有根據(jù)自身產(chǎn)生的污染物的特性，一味的選擇上吸氣式排風(fēng)罩，導(dǎo)致地結(jié)果是污染物吸收的效率低，能耗卻很大。事實上高溫或較細(xì)的粉塵，宜設(shè)置上吸式排風(fēng)罩，若粉塵顆粒較大，則需考慮其逸散方向與重力問題，宜設(shè)置側(cè)吸式排風(fēng)罩，具體的設(shè)計方式，還需要根據(jù)工藝情況進(jìn)行匹配，甚至可適當(dāng)調(diào)整現(xiàn)有的工藝，提高除塵效率。

車間的通風(fēng)除塵系統(tǒng)劃分完畢，并且各系統(tǒng)的除塵點和風(fēng)量確定之后，就應(yīng)立即繪制出通風(fēng)除塵系統(tǒng)圖，并進(jìn)行詳細(xì)的壓力損失計算。應(yīng)采用調(diào)整管徑的辦法使系統(tǒng)和各并聯(lián)管段的壓力損失達(dá)到所要求的平衡狀態(tài)，不僅能保證各并聯(lián)支管的風(fēng)量要求，而且可以裝設(shè)調(diào)節(jié)閥門、還需要考慮隔離單向閥設(shè)計問題。待通風(fēng)除塵系統(tǒng)管道壓力損失平衡計算和管徑確定之后，應(yīng)按國家規(guī)定的工程設(shè)計深度繪制出施工平面圖、剖面圖、系統(tǒng)圖和相應(yīng)的施工安裝圖，并編制施工說明和施工安裝說明。設(shè)計應(yīng)該有審核圖紙環(huán)節(jié)以及行政主管部門，關(guān)于可燃性粉塵的通風(fēng)除塵設(shè)計應(yīng)該按照安全設(shè)計專篇流程進(jìn)行，由具有設(shè)計資質(zhì)單位對通風(fēng)除塵工程進(jìn)行專項設(shè)計。專篇設(shè)計要通過安全專家會議評審?fù)ㄟ^予以實施。

2 施工安裝及驗收問題

按照設(shè)計圖紙，進(jìn)行通風(fēng)除塵工程安裝，也必須具有相應(yīng)的設(shè)備施工安裝資質(zhì)，因為這里面也有幾個突出的問題，一是風(fēng)管走向、固定、穿墻等問題，可燃粉塵風(fēng)管宜獨立設(shè)置、安裝應(yīng)該有一定的傾角和坡度，以利于清灰。固定風(fēng)管、特別是有彎頭地方，不要使用過多的軟聯(lián)接、即不不利于風(fēng)管內(nèi)部清灰，也不利于外部清灰，也不利于風(fēng)流穩(wěn)定；同時也要防止粉塵爆炸通過彎頭、軟連接的地方泄放到車間室內(nèi)，造成車間二次爆炸；二是除塵器與管道聯(lián)接處等是否根據(jù)可燃粉塵特性進(jìn)行防靜電處理進(jìn)行跨接；三是干式或濕式除塵器內(nèi)部安裝是否到位，袋過濾除塵的噴吹口安裝位置是否到位，濕式除塵器如有鋁熱反應(yīng)的是否要確保安裝過程中氫氣導(dǎo)除通道暢通，專家或第三方進(jìn)行驗收合格后才能投入使用。

3 運行監(jiān)測、維護(hù)、監(jiān)督檢查問題

安裝驗收完成之后，還存在運行效果監(jiān)測、防爆檢測達(dá)標(biāo)的問題。一方面是環(huán)保達(dá)標(biāo)排放濃度的問題，另一方面是職業(yè)衛(wèi)生現(xiàn)場濃度以及除塵系統(tǒng)整體防爆的問題。任何設(shè)備、任何系統(tǒng)在日常運行過程中都有一個維護(hù)、清理、保養(yǎng)的過程，在該過程中，同樣要注意可燃粉塵的特殊性，安裝維護(hù)、清理、保養(yǎng)的除塵系統(tǒng)安全規(guī)程進(jìn)行操作?？扇挤蹓m通風(fēng)除塵工程是交叉領(lǐng)域的工程，設(shè)計安全部門、環(huán)保部門、消防部門，因此，政府主管部門應(yīng)該聯(lián)合安全、環(huán)保、消防三家業(yè)務(wù)監(jiān)督部門、制定運行監(jiān)測、防爆檢測的規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)，培育第三方機(jī)構(gòu)、完成安全、環(huán)保、消防三方面的檢測。

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，可燃性粉塵的產(chǎn)物日益增多，涉及到可燃性粉塵的場所，都應(yīng)該嚴(yán)格采取規(guī)范的通風(fēng)除塵設(shè)計、安裝、運行、維護(hù)流程，定量可燃性粉塵燃燒等級，規(guī)范防爆區(qū)域劃分、精確通風(fēng)參數(shù)設(shè)計、甄選通風(fēng)除塵設(shè)備、關(guān)注通風(fēng)除塵工程生命周期流程管理，每個環(huán)節(jié)都安標(biāo)立規(guī)，環(huán)環(huán)相扣、最終實現(xiàn)可燃粉塵通風(fēng)除塵工程的長治久安。

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[12]  GB/T17919-2008,粉塵爆炸危險場所用收塵器防爆導(dǎo)則[S].

[13]  NFPA 484-2015,Standard for Combustible Metals[S].

本文來自《工業(yè)安全及環(huán)?！冯s志。作者：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)工業(yè)安全及爆炸防護(hù)研究所 張小良、何銳、宋慧娟、曹新光。

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