（神華榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719300）

安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用

王朋

（神華榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719300）

安全閥是特種設(shè)備重要安全附件，也是保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備最后一道防線，其廣泛應(yīng)用在電力行業(yè)、石化行業(yè)以及冶金行業(yè)中。安全閥的主要功能在于系統(tǒng)壓力大于預(yù)定安全值后開啟泄壓，壓力回歸正常后自動(dòng)關(guān)閉密封，動(dòng)作性能要求準(zhǔn)確開啟、適時(shí)全開、穩(wěn)定排放、及時(shí)關(guān)閉以及可靠密封。按照TSGZF001-2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的相關(guān)條例，安全閥應(yīng)當(dāng)每年定期進(jìn)行至少一次校驗(yàn)。安全閥在線校驗(yàn)指的是在不拆卸狀態(tài)下直接實(shí)施校驗(yàn)的方法。本文分析了安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)的原理、技術(shù)流程以及實(shí)際應(yīng)用。

安全閥；在線校驗(yàn)；技術(shù)應(yīng)用

1 安全閥在線校驗(yàn)的必要性

安全閥在線校驗(yàn)屬于近年來的一種新技術(shù)，主要應(yīng)用于各種鍋爐、壓力容器設(shè)備的各種彈簧直接載荷式安全閥的開啟壓力測(cè)試。由于在線測(cè)量安全閥開啟壓力時(shí)，生產(chǎn)裝置無需要求設(shè)備停車操作，企業(yè)生產(chǎn)可以正常運(yùn)行。因此在在線校驗(yàn)技術(shù)成功應(yīng)用后，引起了工業(yè)界特別是現(xiàn)代化流程工業(yè)的極大興趣，也被廣泛的應(yīng)用在化工和電力行業(yè)中。相關(guān)資料表明，安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)的推廣應(yīng)用有效處理了其在實(shí)際運(yùn)行過程中一直存在的問題，如不停車現(xiàn)場(chǎng)在線定壓等，能夠在很大程度上促進(jìn)整體生產(chǎn)運(yùn)行的長(zhǎng)周期和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)安全閥不拆卸直接在線校驗(yàn)，降低校驗(yàn)成本，屬于對(duì)安全閥離線校驗(yàn)的補(bǔ)充，該技術(shù)的推廣能夠獲得很好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

按照《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，在安全閥校驗(yàn)遇到困難時(shí)應(yīng)選擇輔助開啟裝置在線校驗(yàn)安全閥。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T959-2005《電站鍋爐安全閥應(yīng)用導(dǎo)則》中也針對(duì)使用安全閥在線定壓儀實(shí)施校驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)定，純機(jī)械彈簧式安全閥和碟形彈簧安全閥能夠選擇安全閥在線定壓儀實(shí)施校驗(yàn)。校驗(yàn)調(diào)整能夠在機(jī)組啟動(dòng)或帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)開展。根據(jù)承壓設(shè)備安全閥校驗(yàn)過程中可能存在的問題，選擇在線校驗(yàn)儀對(duì)安全閥實(shí)施在線校驗(yàn)屬于非常有效的辦法。在壓力系統(tǒng)中對(duì)安全閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)的主要優(yōu)勢(shì)在于經(jīng)濟(jì)性與便利性較高，能夠隨時(shí)實(shí)施校驗(yàn)，無需對(duì)安全閥進(jìn)行拆卸，另外在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施校驗(yàn)也能夠在壓力系統(tǒng)中沒有壓力的情況下實(shí)施校驗(yàn)，從而防止出現(xiàn)壓力系統(tǒng)超壓的高風(fēng)險(xiǎn)。

2 安全閥在線校驗(yàn)儀器

目前國(guó)內(nèi)主流安全閥在線校驗(yàn)儀器研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)有兩家，一是北京邦備，二是沙陀。同時(shí)國(guó)外安全閥生產(chǎn)廠家也有自己的專業(yè)在線校驗(yàn)儀器。下面我們簡(jiǎn)要介紹北京邦備與沙陀設(shè)備兩家公司所開發(fā)的安全閥在線校驗(yàn)儀器。

北京邦備機(jī)電技術(shù)有限公司研發(fā)生產(chǎn)的NSH型安全閥在線定壓儀，利用安全閥開啟時(shí)附加外力變化曲線中出現(xiàn)的兩個(gè)特征點(diǎn)，來對(duì)安全閥整定壓力以及回座壓力實(shí)施測(cè)量。這一在線校驗(yàn)辦法必須提前輸入校驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部壓力，同時(shí)此內(nèi)部壓力不能用儀器測(cè)量。在具體的應(yīng)用過程中作為測(cè)量附加外力的壓力傳感器屬于精密元件，很容易受到環(huán)境中溫濕度等各種因素的影響，而安全閥在線校驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，所以可能造成測(cè)量結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的差異性。NSH型安全閥在線定壓儀基本結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 NSH型安全閥在線定壓儀結(jié)構(gòu)圖

北京沙陀特檢科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的ST-2000型在線儀，其液壓油缸以及壓力傳感器都使用立柱框架式安裝，機(jī)械夾具結(jié)構(gòu)原理與浙江工業(yè)大學(xué)化工機(jī)械設(shè)計(jì)研究所研究開發(fā)的安全閥在線校驗(yàn)機(jī)械夾具大致相同，兩根立柱的支架設(shè)計(jì)無法確保液壓油缸的垂直度，難以確保附加外力方向以及安全閥拉桿方向位于水平直線，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度造成一定程度的影響，同時(shí)此儀器的附加裝置相對(duì)較多，攜帶起來也不是非常方便。

3 安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)的原理

對(duì)彈簧式安全閥來說，開啟和閉合的操作基本上都是憑借其中進(jìn)口端的介質(zhì)壓力變動(dòng)，加之基本的彈簧預(yù)緊力，讓其中的閥芯進(jìn)行開啟或者閉合動(dòng)作。未開啟之前，安全閥預(yù)緊力和系統(tǒng)截止壓力保持平衡。在系統(tǒng)內(nèi)壓持續(xù)上升至提升力超出彈簧預(yù)緊力的情形下，閥芯會(huì)隨之克服彈簧預(yù)緊力自動(dòng)開啟，排出系統(tǒng)的介質(zhì)，使得系統(tǒng)內(nèi)壓持續(xù)降低。而由于彈簧力所造成的影響，在系統(tǒng)內(nèi)壓下降到安全值的時(shí)候（等于小于彈簧預(yù)緊力），閥芯又隨之關(guān)閉，系統(tǒng)介質(zhì)泄放停止，彈簧預(yù)緊力和系統(tǒng)介質(zhì)內(nèi)壓又達(dá)到一個(gè)新的平衡。根據(jù)上述機(jī)理我們可以假設(shè)，進(jìn)行在線測(cè)量和調(diào)整時(shí)，如果外界存在對(duì)應(yīng)的向上附加力，則系統(tǒng)介質(zhì)內(nèi)壓和附加力之和能夠克服彈簧預(yù)緊力的狀態(tài)下，閥芯也能夠跟隨進(jìn)行開啟操作，從而在不存在介質(zhì)作用的離線狀態(tài)下，僅僅憑借有關(guān)的附加力而克服預(yù)緊力，閥芯也可以實(shí)現(xiàn)開啟操作，能夠看到，如果能對(duì)其中的附加力實(shí)施準(zhǔn)確的測(cè)定，就可以根據(jù)已知的閥芯和工作壓力，更準(zhǔn)確的得到開啟壓力數(shù)據(jù)，這就是在線校驗(yàn)技術(shù)的設(shè)計(jì)機(jī)理。

向下作用于閥瓣中的對(duì)應(yīng)彈簧預(yù)緊力為Dd，用于對(duì)抗相關(guān)的介質(zhì)作用力PO·S，另外一些則應(yīng)用于對(duì)抗密封件壓緊力f之中，可以保證安全閥保持密封狀態(tài)（如下圖1a）。而隨著介質(zhì)壓力的逐漸增加，f慢慢降低，在實(shí)際壓力數(shù)值達(dá)到對(duì)應(yīng)開啟壓力Ps的狀態(tài)下，f為零，此時(shí)安全閥開啟，滿足：

詳細(xì)信息如下圖2的標(biāo)識(shí)。

圖2 在線調(diào)校原理

圖2中Fd為彈簧預(yù)緊力，PO為安全閥入口壓力，S 為介質(zhì)作用在閥瓣上的有效面積，f 為閥瓣與閥座之間的相互壓緊力，Ps 為開啟壓力，ΔF 為安全閥閥瓣一個(gè)向上的附加拉力。

如果憑借外部作用，而為相關(guān)閥瓣提交對(duì)應(yīng)的附加拉力ΔF ，那么除開抵抗相關(guān)介質(zhì)作用力和壓緊力，有關(guān)預(yù)緊力還應(yīng)當(dāng)克服對(duì)應(yīng)的附加拉力（詳細(xì)信息如圖2c所示）。隨著實(shí)際附加拉力的逐漸增加，實(shí)際存在壓緊力逐漸縮減。在壓緊力接近于零的狀態(tài)下，密封閥會(huì)逐漸抵達(dá)開啟狀態(tài)，此時(shí)實(shí)際作用和附加力的總和，正好能夠克服對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力（詳細(xì)信息如圖2d），即：

在以上公式中，對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力Fd為常數(shù)，由此我們能夠計(jì)算得到：

以上等式兩側(cè)同時(shí)除以S，可以得到在線定壓公式：

4 安全閥在線校驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)

（1）安全閥在線校驗(yàn)判開準(zhǔn)則。對(duì)安全閥實(shí)施在線校驗(yàn)時(shí)，在線校驗(yàn)裝置所帶來的附加外力逐漸增加，當(dāng)附加外力和系統(tǒng)自身介質(zhì)作用力總和與彈簧預(yù)緊力相同時(shí)，閥瓣微微打開，因?yàn)榻橘|(zhì)作用面積即刻增加，造成系統(tǒng)自身介質(zhì)作用第一時(shí)間增加，附加外力瞬時(shí)降低，當(dāng)閥瓣達(dá)到關(guān)閉點(diǎn)后，因?yàn)榻橘|(zhì)作用面積瞬間減小，導(dǎo)致系統(tǒng)自身介質(zhì)作用力第一時(shí)間減小，為確保閥瓣受力平衡，附加外力瞬間反彈，進(jìn)而產(chǎn)生第二特征點(diǎn)B。如下圖3所示，特征點(diǎn)判開法按照安全閥開啟時(shí)附加外力產(chǎn)生的A與B兩個(gè)特征點(diǎn)對(duì)整定壓力實(shí)施測(cè)量。選擇特征點(diǎn)法來實(shí)施安全閥在線校驗(yàn)需要承壓設(shè)備中存在一定的介質(zhì)，對(duì)處在整修或是內(nèi)部不存在介質(zhì)的設(shè)備，在線校驗(yàn)過程中附加壓力變化曲線一般不存在特征點(diǎn)A與B，所以特征點(diǎn)判開法在應(yīng)用過程中依舊會(huì)存在局限性，同時(shí)不具備統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。

閥瓣微動(dòng)法按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于安全閥整定壓力的定義來判定安全閥開啟，即是附加外力作用下閥瓣逐漸上升，開始有可測(cè)量的開啟高度，另外系統(tǒng)中高壓介質(zhì)因?yàn)殚y瓣微動(dòng)存在音頻激蕩，此時(shí)能夠判定安全閥處在開啟狀態(tài)。

（2）附加外力的施加。安全閥在線校驗(yàn)時(shí)因?yàn)樵O(shè)備中介質(zhì)壓力沒有達(dá)到安全閥開啟壓力，必須要附加外力讓安全閥開啟，同時(shí)對(duì)安全閥開啟瞬間時(shí)附加外力進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。施加的附加外力方向應(yīng)當(dāng)和安全閥閥桿方向保持一致，若出現(xiàn)偏差必然會(huì)造成安全閥開啟的力僅僅是附加外力沿閥桿方向上的一個(gè)分力，導(dǎo)致測(cè)量所獲得的附加外力比真實(shí)情況下偏高，對(duì)安全閥在線校驗(yàn)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。所以必須要盡快的研發(fā)出一套相匹配的支撐設(shè)備來給附加外力創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定和可靠的環(huán)境，我們把這套支撐設(shè)備稱為安全閥在線校驗(yàn)機(jī)械夾具。因?yàn)槟壳盎る娏Φ刃袠I(yè)所使用到的安全閥類型較多，結(jié)構(gòu)尺寸各不相同，所以機(jī)械夾具應(yīng)當(dāng)具備一定的通用性，可以滿足各種型號(hào)的安全閥。

圖3 附加外力變化曲線

（3）閥瓣有效面積。當(dāng)我們準(zhǔn)確獲得安全閥開啟瞬間的附加外力之后，必須要按照公式Ph=Fs/Ay把附加外力轉(zhuǎn)化成為和設(shè)備中介質(zhì)壓力相等同的工作壓力。公式中Ay指的是閥瓣面積，但針對(duì)安全閥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中并未對(duì)閥瓣結(jié)構(gòu)給出較為清晰的定義，各個(gè)安全閥生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的安全閥閥瓣結(jié)構(gòu)尺寸也可能存在一定的差異。所以現(xiàn)階段市場(chǎng)中對(duì)安全閥實(shí)施在線校驗(yàn)時(shí)基本上都按照過去的經(jīng)驗(yàn)把安全閥流道直徑加上3.5mm作為閥瓣直徑予以計(jì)算，即根據(jù)公式Ay=π(R1+3.5)2/4，而對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中針對(duì)安全閥流道直徑做出了非常清楚的定義，流道直徑大小能夠直接按照生產(chǎn)企業(yè)設(shè)置在安全閥上的銘牌中讀取，閥瓣直徑和流道直徑如下圖4所示。

圖4 閥瓣直徑與流道直徑

5 安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)的基本流程

安全閥在線校驗(yàn)基本流程為：第一，對(duì)作業(yè)人員實(shí)施安全教育培訓(xùn)，查看作業(yè)人員的安全防護(hù)設(shè)備是否正常；第二，對(duì)檢測(cè)儀器進(jìn)行查看，確保其處于正常運(yùn)行狀態(tài)；第三，及時(shí)和調(diào)度人員取得聯(lián)系，保證遠(yuǎn)傳壓力能夠和現(xiàn)場(chǎng)壓力相同，若出現(xiàn)偏差第一時(shí)間通知儀表人員實(shí)施校驗(yàn)，校驗(yàn)準(zhǔn)確后應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)場(chǎng)壓力為準(zhǔn)；第四，對(duì)安全閥在線校驗(yàn)儀實(shí)施安裝作業(yè)，詳細(xì)步驟為：①安裝機(jī)械夾具，拉力位移傳感器以及限位強(qiáng)關(guān)器；②將液壓控制系統(tǒng)和各組信號(hào)線進(jìn)行連接；③開機(jī)查看各個(gè)組件的配合，同時(shí)設(shè)置好最大開啟高度；第五，安裝工作結(jié)束之后，輸入數(shù)據(jù)信息，由設(shè)備員和調(diào)度中心取得聯(lián)系之后對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行壓力進(jìn)行核對(duì)，上報(bào)到安全閥校驗(yàn)人員同時(shí)輸入主機(jī)；第六，對(duì)安全閥實(shí)施在線校驗(yàn)，詳細(xì)步驟如下：①確定檢測(cè)方式；②選擇液壓提示系統(tǒng)提升閥桿；③顯示開啟壓力讀數(shù)；④進(jìn)行反復(fù)三次檢測(cè)，取平均數(shù)作為開啟數(shù)據(jù)；⑤對(duì)不滿足開啟壓力的安全閥，選擇調(diào)壓螺母實(shí)施調(diào)整；⑥調(diào)整后再檢測(cè)，以符合規(guī)定開啟壓力為準(zhǔn)；⑦對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息予以記錄；第七校驗(yàn)結(jié)束后，作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)接受在線校驗(yàn)的安全閥實(shí)施鉛封，由使用車間設(shè)備員上報(bào)調(diào)度中心，結(jié)束校驗(yàn)。

6 安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及相關(guān)問題

（1）安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)。安全閥在線校驗(yàn)的主要優(yōu)點(diǎn)包含了：首先是準(zhǔn)確度較高，在安全閥的正常使用過程中進(jìn)行校驗(yàn)，不需要考慮溫度、背壓等其他環(huán)境影響因素，能夠有效避免在進(jìn)行離線校驗(yàn)過程中對(duì)整定壓力造成的影響；其次是經(jīng)濟(jì)性較高，在線校驗(yàn)不會(huì)對(duì)設(shè)備的正常工作造成影響，能夠避免安全閥停用后所帶來的產(chǎn)值成本損失；最后是安全性較好，在線校驗(yàn)?zāi)軌虼_保達(dá)到安全閥每年定期檢測(cè)一次的標(biāo)準(zhǔn)，防止系統(tǒng)壓力升壓實(shí)跳的高風(fēng)險(xiǎn)。

而安全閥在線校驗(yàn)的缺點(diǎn)主要為：一方面在線校驗(yàn)依舊存在一部分不確定性因素，危險(xiǎn)性相對(duì)來說比離線校驗(yàn)要大；另一方面是在線校驗(yàn)無法對(duì)安全閥密封性能進(jìn)行測(cè)試，無法校驗(yàn)回座壓力。

（2）安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。首先，配套閥桿多功能卡具安全閥在線校驗(yàn)設(shè)備的基本原理一般是在安全閥閥桿上給予液壓拉力，進(jìn)而讓閥門彈簧力降低，實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。所以安全閥閥桿是十分關(guān)鍵的配置，現(xiàn)階段所采用的安全閥包含了諸多類型，其安全閥閥桿具體形狀與尺寸大小也各不相同，即便現(xiàn)階段依舊有很多不同類型的閥桿，但為促進(jìn)安全閥在線校驗(yàn)設(shè)備適用性的不斷提升，還應(yīng)當(dāng)盡快研制出現(xiàn)代化的配套閥桿多功能卡具。其次，對(duì)不同類型安全閥的閥座尺寸應(yīng)當(dāng)有充分的了解。安全閥閥座尺寸是實(shí)施在線校驗(yàn)工作必須的數(shù)據(jù)信息，應(yīng)當(dāng)在實(shí)施在線校驗(yàn)之前就應(yīng)當(dāng)有全面的了解，唯有充分掌握不同類型的安全閥閥座尺寸，才可以確保在線校驗(yàn)所得到的結(jié)果具備較高的準(zhǔn)確性。唯有處理好上述兩方面的問題，才可以保證安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)具備更高的適應(yīng)性，才可以為在線校驗(yàn)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性帶來較高的保障，才可以把傳統(tǒng)的安全閥拆卸下轉(zhuǎn)運(yùn)到校驗(yàn)設(shè)備實(shí)施校驗(yàn)所存在的問題予以優(yōu)化和改善，才可以降低安全閥在線校驗(yàn)過程中所消耗的人力物力財(cái)力，確保安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)安全閥在線校驗(yàn)的最佳效益。

7 安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用及前景

安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)是近年來應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，它適用于鍋爐以及壓力容器等設(shè)備的彈簧式安全閥開啟壓力檢測(cè)，這是因?yàn)閷?duì)開啟壓力實(shí)施在線測(cè)量時(shí)，裝置無需停止運(yùn)行，生產(chǎn)作業(yè)能夠與測(cè)量作業(yè)共同進(jìn)行。安全閥在線校驗(yàn)設(shè)備目前在石油化工、電力、冶金等行業(yè)中都有了進(jìn)一步的普及應(yīng)用，比如說北京邦備機(jī)電公司研發(fā)生產(chǎn)的NSH型在線儀目前在很多電廠的安全閥校驗(yàn)作業(yè)中普及應(yīng)用；而北京沙陀石化公司研發(fā)生產(chǎn)的ST-2000型在線儀目前在中石化茂名分公司的安全閥校驗(yàn)作業(yè)中得以應(yīng)用；目前北京某電廠的汽機(jī)與鍋爐的大小修和日常維護(hù)保養(yǎng)過程中，采用安全閥校驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行調(diào)試的彈簧式安全閥已經(jīng)接近1000余個(gè)，同時(shí)對(duì)部分安全閥實(shí)施升壓實(shí)跳驗(yàn)證，得到的裝置重復(fù)性誤差以及測(cè)量誤差都不大于1%。這一指標(biāo)與《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合。與此同時(shí)神華集團(tuán)榆林能源化工有限公司正利用北京邦備公司技術(shù)，針對(duì)其裝置的1490臺(tái)安全閥進(jìn)行在線校驗(yàn)，有效的降低了閥門拆裝以及吊裝運(yùn)輸成本，對(duì)安全閥事故隱患實(shí)現(xiàn)了有效控制，獲得了巨大效益。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，選擇安全閥在線測(cè)試裝置對(duì)安全閥實(shí)施校驗(yàn)與整定，在很大程度上轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的校驗(yàn)手段，讓安全閥調(diào)試與測(cè)量準(zhǔn)確度有進(jìn)一步的提升，也讓獲得的整定值更為可靠，操作更加規(guī)范，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也節(jié)省了大量的燃料與蒸汽，其安全性能與經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，為各企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展帶來了堅(jiān)實(shí)的保障。

[1]《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》.

[2]TSGZF001-2006安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.

[3]楊超.安全閥在線校驗(yàn)技術(shù)的分析與應(yīng)用[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2016，(06)：15-17+45+75.

[4]鄭志雄.在線校驗(yàn)中安全閥突發(fā)頻跳和顫振的預(yù)防措施[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2016，(06):33-38.

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