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仪表自动化与工艺安全概述(PPT 39页)_图文


仪表自动化与工艺安全

提纲
一、背景及引言 二、安全仪表系统 三、雅克拉采气厂仪表自动化管理经验介绍 四、几点体会和建议

案例分析
? 2005年12月11日6时许,英国邦斯菲尔 德油库发生火灾爆炸,烧毁油库20座, 受伤43人,直接经济损失2.5亿英镑。
? 储罐罐体的结构设计不合理。 ? 防火堤的密闭性不好 ? 储罐计量系统存在故障,液位报警系统
未能启动自动联锁切断进油,导致大量 油料从储罐顶部人孔、通气孔等溢出。

石油石化行业事故原因分布

员工过失和控制系统故障 39.5%

设备故障 26% 其中,含 ESD 系统 4%

随机因素 34.5% 电源掉电、 静电、腐蚀、 短路、维护怠慢、 设计、怠工、

(根据荷兰的安全研究部门(TNO)对 216 起事故归纳)

一、背景及引言
什么是自动化(Automation)?
生产过程不依赖或少量依赖 人的干预而主要依靠预设指令 和程序自动完成工作的过程。

一、背景及引言
自动控制系统分哪些种类?
1、自动检测系统(如SCADA):利用各种检测仪表对主要工 艺参数进行测量、指示或记录的系统称为自动检测系统。
2、自动测控系统(如DCS):利用各种检测仪表及自动控制 装置对主要工艺参数进行自动控制,使其在受到外界干扰后仍能 回到规定数值范围内的系统称为自动控制系统。
3、安全控保系统(如ESD):在生产过程中,当工艺参数超 出允许范围时,为保护人员及设备安全而自动采取紧急措施以防 止事故发生或扩大的系统为安全控保系统。

一、背景及引言

石油石化行业自动化系统发展趋势是什么?

管理决策层 (ERP) 制造执行层 (MES) 过程控制层 (PCS)

ERP(企业资源计划)为生产经营管理层。主要制定企 业经营决策、发展规划和生产大纲、负责市场销售、 企业电子商务平台等。
MES(制造执行系统)为生产过程运行优化层。主要 制定生产作业计划,数据挖掘与数据校正等,对整个 生产运行过程进行动态优化管理。
PCS(过程控制系统)为基础自动化层。主要解决工艺 设备、装置的生产流程控制,保证生产过程安全平稳 ,产品质量合格。

信息技术与自动化技术相结合(工业IT)——管控一体化

一、背景及引言
自动化能为安全生产做些什么?
? 降低人工劳动强度,减少操作风险; ? 提高测量检测的准确度和信息传输的实时性,保证装置、设备的安全
运行; ? 对整个工艺生产过程进行实时监测、精确控制、应急处理,为生产过
程提供安全保障; ? 为管理者、决策者提供更准、更快、更全面、更有效的信息资料,方
便统一管理和调度指挥。 ? 自动化技术已成为确保安全生产的极其重要的科技手段。

提纲
一、背景及引言 二、安全仪表系统 三、雅克拉采气厂仪表自动化管理经验介绍 四、几点体会和建议

石油化工安全保护级别
7. Emergency Response 紧急响应 6. Physical protection 物理保护 5. Relief Devices 释放设备 4. SIS 安全仪表系统 3. Alarm Operators-操作员报警 2. DCS -集散控制系统 1. Process 工艺过程

安全仪表系统(SIS)
? 自动控制系统中影响工艺安全的因素
? 自控系统中仪表本质安全(防爆、防辐射等) ? 测量信号的准确性(过程参数、报警) ? 控制器(结构、冗余度、快稳准) ? 连锁逻辑控制(回路灵敏度、稳定性)
? 安全保护控制系统(让仪表发挥更大的安全作用)
? 随着对安全的重视,对安全仪表系统要求越来越高。 ? 如何命名? ? 安全仪表系统 SIS(Safety Instrumented System) ? 安全控制系统 SCS(Safety Control System) ? 安全保护控制系统 SGCS (Safeguard Control System) ? 安全监测与控制系统 SrCS (Safety Related Control System)

安全仪表系统(SIS)
? 安全仪表系统有关标准
? 1994年,德国标准 DINV19250 ? 1996年,美国标准 ISA 84.01 ? 1998年,国际标准 IEC61508-1:1998 … IEC61508-7:2000 ? 2003年,国际标准 IEC61511-1:2003 … IEC61511-3:2003 ? 2006年前 中国标准 SH/T 3018:2003 , SY/T 10045:2003 … ? 2006年,中国标准 GB/T 20438:2006, 2007年1月1日实施 ? 2007年,中国标准 GB/T 21109:2007, 2007年12月1日实施

SIS的特点以及与DCS的区别
? DCS用于生产过程的连续测量、常规控制(连续、顺序、间歇等)、操 作控制管理,保证生产装置的平稳运行;
? SIS用于监视生产装置的运行状况,对出现异常工况迅速进行处理,使危 害降到最低,使人员和生产装置处于安全状态;
? DCS是“动态”系统,它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制, 对生产过程进行动态控制,确保产品的质量和产量;
? SIS是“静态”系统,正常工况时,它始终监视生产装置的运行,系统输 出不变,对生产过程不产生影响,非正常工况下时,它将按照预先的设 计进行逻辑运算,使生产装置安全联锁或停车;
? SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更严格,IEC61508、IEC61511、ISA S84.01、GB/T21109强烈推荐SIS与DCS硬件独立设置。

安全仪表系统的相关概念
?安全功能 Safety Function
针对特点的危险事件,为达到和保持过程的安全状态,由 SIS、其他技术安全相关系统或外部设施实现的功能(21109-1:p13)
?功能安全 Functional Safety
SIS本身的安全性(如仪表的本质安全,防爆等) SIS的安全功能是完整的、可靠的(功能是安全的)(21109-1:p8)
?安全仪表功能 SIF (Safety Instrumented Function)
SIS系统所实现的安全功能。 21109译为“仪表安全功能”

安全仪表系统的相关概念
?安全完整性 Safety Integrity 在规定的时间内、在所有规定的条件下, 成功
实现所要求的安全功能的平均概率(21109-1:p14)
?安全完整性等级:SIL(Safety Integrity Level) 简称:安全度等级
?定义:一种离散的等级,用于规定分配给SIS的安全仪表功能的 完整性要求(传感器、控制器、执行器) 短板效应 (21109-4:p14)
?作为衡量安全功能重要因素,是安全系统的核心. 可理解为整体可靠性
?要求时平均失效概率:PFD avg (average Probability of Failure on Demand)
?在要求时就执行其设计功能要求的平均失效概率。
?连续时危险失效概率:PDF per hour(Probability of Dangerous Failure)
?连续操作模式下每小时危险失效概率。

安全度等级(SIL)确定

根据工艺条件确定危险因 素(C、F、 P 、W)

根据危险因素确定 SIL
根据SIL确定SIS的 各个部件

SIL

说明

4

灾难性伤害

3

保护人员

主要财产和产品保护,

2

可能损害人

1

财产和物品一般保护

PFD average ≧10-5 ~﹤10-4 ≧10-4 ~﹤10-3 ≧10-3~﹤10-2 ≧10-2 ~﹤10-1

PDF per hour ≧10-9 ~﹤10-8 ≧10-8 ~﹤10-7 ≧10-7 ~﹤10-6 ≧10-6 ~﹤10-5

例:普光气田SIS系统
工艺:高压、高产、高含硫化氢 周围居民点多、住户分散
风险:风险高、会造成多人死 亡,避免事故发生的可能小
SIL: 第4级 SIS: 德国HIMA
冗余Rosemount智能检测仪表 双光缆(地下、地面)+5.8G 无线网桥 高性能SDV/BDV阀 线路ESD阀分段泄漏关断

SIS用户应注意的问题
? 注意选择在行业中选择使用业绩佳,限制少,拒动率、误动率 低的SIS系统。
? 注意安全仪表系统(SIS)知识的培训。 ? 加强现场巡检,仪表进水、短路、意外损坏、雷电冲击等均会
造成SIS系统故障。 ? 在SIS系统日常运行中,定期导出事件顺序记录SOE
(Sequence Of Event) 以便及时发现存在的隐患。 ? 检维修及测试维护。

提纲
一、背景及引言 二、安全仪表系统 三、雅克拉采气厂仪表自动化管理经验介绍 四、几点体会和建议

(一)自控仪表现状
雅—大两站自动化设备占全厂90%以上,从井口采出到天然 气处理站处理都集成了高度自动化控制。
雅—大两站生产过程控制都采用了DCS,站内包含大型机组 有:透平式膨胀增压机、天然气外输压缩机组、热媒炉、冷水 机组、仪表风空压机组、稳定气压缩机组等等,机组撬块儿分 别采用PLC独立控制,选用MODBUS RS485通讯协议与DCS通 讯。
雅—大凝析气田井口使用了井口液压控制柜和RTU,数据远 传通过无线数字电台与中控室进行通讯。

(一)自控仪表现状

PKS系统

FSC系统

安控系统

雅克拉集气处理站目前站内同时使用了3套控制系统,用于生产过程控制 的Honeywell PKS系统、用于安全保护的FSC紧急停车系统,以及用于西气东 输生产控制的安控PLC系统。其中PKS有320个过程控制点,750个SCADA点。 设置6个操作站,1个工程师站,服务器冗余配置。

(一)自控仪表现状

I/A Series机柜

I/A Series操作站

大涝坝集气处理站DCS系统采用FOXBORO公司I/A Series系统。配置1 对冗余CP60控制器,3对FCM10E冗余通信模块,52个FBM输入输出模块。 I/O点数共计395个,SCADA点719个。

(一)自控仪表现状

DANIEL超声波流量计

ORBIT轨道球阀

压力变送器

FISHER调节阀

露点分析仪

火焰探测器

雅—大两站各类调节阀120余台,气控两位阀、电动阀150余台,可编程逻 辑控制器40余个,各类温度、压力、流量、液位、火气等检测仪表1000余台。

(一)自控仪表现状

不是标准 的SCADA

从RTU1

DCS

主RTU

无线传输

……

从RTU2

从RTUn

控制柜

检测仪表

雅—大凝析气田井口采用RTU采集生产数据并控制井口控制柜,RTU 将信息通过数传电台无线传输到DCS系统。

(二)自控仪表管理经验介绍
1、重视仪表自控技术人员培养
? 目前该采气厂专职仪表技术人员11人,采处一队5人(含中原待 运行人员两名),采处二队4人,采处四队1人。
? 采气厂坚持以人才培养为重点,甲方人员必须掌握核心技术;
? 甲方(采气厂仪表技术员)+乙方(中石天马、中原待运行)维 护模式逐渐转为甲方独立维护模式,特别是自控系统维修维护 工作,一直以来由甲方自控技术人员自行开展;

(二)自控仪表管理经验介绍

? 有效的人才培养=理论培养+实践锻炼

(1)建立选送派学培训机制

?

选派技术人员去Honeywell(天津)和Foxboro(上海)厂家学习。

(2)建立引进助学培训机制

?

利用新装置投产、老设备维修保养、产品售后回访等机会,邀请厂

家人员开展现场培训。服务期间,技术人员全程跟踪并协助处理。

FISHER调节阀交流会

学习超声波流量计维修保养

(二)自控仪表管理经验介绍

(3)建立导师带徒培训机制

? 首先学习工艺安全。处理现场故障是 成长的最佳方法。

(4)建立内部交流合作机制

? 各分队间相互邀请,一同解决疑难问 题,相互交流学习。

(5)建立岗位成长成才机制

技术人员一起研究膨胀机结构及控制原理

? 流程改扩建、技改的DCS画面和过程组

为新

态均由仪表技术员完成。

员工

(6)建立一岗多能成才机制

讲解 DCS

? “强电—弱电”一体化。

系统 常见

故障

总之:领导重视 团队氛围

(二)自控仪表管理经验介绍

2、强化仪表自控系统运行管理

(1)强化控制系统巡检维护管理
? 查看DCS报警信息,填写巡检记录; ? 对控制器卡件运行状态进行检查, ? 定期切换主从服务器交替运行; ? 定期对机柜内卡件、端子板以及服务器、
操作站电脑主机箱进行除尘; ? 定期清理磁盘,做好系统备份

DCS报警记录查询
ESD控制卡件运 行状态检查

(二)自控仪表管理经验介绍

(2)强化现场仪表故障分析管理
? 结合工艺状况,加强现场和中控参数对比; ? 建立“病历卡”制度,总结仪表故障规律; ? 根据工艺案例,编写《仪器仪表故障案例汇
编》,保障工艺安全。

提高仪器仪表的准确 度和使用率

定期检查、对 比、维护

发现故 障

解决故 障

仪器仪表 “病历卡”

更快更有效解决 问题

故障、施工记录、 调试记录

有据可查

(二)自控仪表管理经验介绍
(3)强化自控仪表检维修管理
? 依据《石油化工设备维护检修规 程——仪表部分》标准要求,编写 检修管理手册;
? DCS系统点检维护; ? ESD回路测试; ? 机组仪器仪表拆检校验; ? 系统软硬件升级、扩容维护(厂家
指导)。

(二)自控仪表管理经验介绍
3、强化仪表自控技术管理,提高工艺安全水平
? 采气厂仪表技术人员通过不断摸索装置运行规律,发现工艺流程、 机组设备上存在的问题,运用HAZOP分析方法,开展了一些列隐患 治理和仪表自动化优化改造工作,解决了一系列难题。
? 为天然气处理装置和高压气井的安全、平稳生产运行提供了可靠的 技术保障。
? 采气厂仪表自动化技术改造项目多次获得分公司技术革新奖项,部 分改造设计获得过国家实用新型专利。

(二)自控仪表管理经验介绍
(1)解决雅站PKS系统隐患,消除安全大隐患
存在问题: ? 主从控制器不同步; ? I/O LINK通道A屡次出现通讯故障,使DCS单通道运行; 风险分析: ? 2007年2月,因控制器不同步,主从控制器切换失败造成全站停车。 ? DCS通道B故障,同样会造成全站停车。 问题原因:I/O LINK电缆模块损坏。 解决方法:2011年9月,雅站检修期间,由厂家人员来现场更换了I/O LINK 电缆,并更新了所有卡件firmware文件后,控制系统运行正常。

(二)自控仪表管理经验介绍
(2)改进设计缺陷,减小安全风险
1)雅站分子筛干燥塔切换程序优化:
? 泄压阶段时间完成后,立即执行下一步——打开再生气进出口阀门再生; ? 干燥塔压力与再生气压力差值过大将造成再生气对分子筛干燥塔填料床层的冲击,
损坏分子筛,影响干燥塔脱水效果,造成装置冻堵; ? 程序中增加干燥塔压力与再生气压力的差值△P≤0.15MPa的条件。
2)大站关键操作点增加“二次确认”:
? 原设计中没有“二次确认”画面; ? 对系统中的关键操作点(切断阀的开关、泵的启停等)增加二次确认。在操作后
需点击“确定”键,现场设备才会动作。减少了中控误操作。

(二)自控仪表管理经验介绍
(3)排除机组故障,提高安全可靠性
1)雅站稳定气压缩机通讯故障:
? 压缩机与中控室进行经常中断,无法监控压缩机运行参数,存在安全隐患。 ? 仪表信号与交流电缆同槽铺设,因交流干扰造成RS485信号通讯不良。采取对
信号电缆隔离敷设后,通讯正常。
2)雅站膨胀机高转速故障停机:
? 膨胀机冬季夜间运行中,频繁出现高转速停机现象。查找原因后发现频率转换 模块受低温影响,工作不正常。
? 在控制柜内安装电加热器,该现象得到了解决。

膨胀机组

频率转换 模块
电加 热器

频率转换模块增加电加热器

(二)自控仪表管理经验介绍
(4)实施技术改造,消除安全隐患
存在隐患:大涝坝气田金石液控柜无远程关断功能,工艺存在缺陷,引压 不准确。高、低压传感阀灵敏性能差,高、低压自动关断紊乱。
风险分析:液控柜高低压关断失灵,回压高时憋压、爆管;井口生产正常 但站内出现事故需紧急关井时无法及时关井。
解决方法:对液控柜结构进行改造,增加远程关断电磁阀和相关管路, RTU和DCS组态,当高低压关断失效时通过中控室远程关井。
效果:大大提高了井控安全,获分公司2010年技术革新三等奖。

DCS
无线传输 关井指令

主RTU

单井RTU

氮气气源

2

3 电磁阀

1
排气口

低压传感阀

高压传感阀

A

B

去地面

安全阀

油箱

气控卸荷阀
液控柜

(二)自控仪表管理经验介绍
(5)积极开展小发明小改造,提高安全管理水平
1)发明单井“巡检小卫士”并在全厂推广应用 ? 该仪器将巡检开始、结束、持续时间信息通过RTU无线传输至中控室。
2)发明“工业电话警报器”(获国家专利) ? 该仪器将工业电话与DCS实现互联。报警时,操作员只需用鼠标点击报警按钮
即可实现报警。 3)顶装式远传磁翻板液位计设计改造
? 雅站闭式排放罐需掀开人孔盖目测液位,油气挥发量大存在较大隐患。设计制 作了顶装式远传磁翻板液位计。获分公司2009年技术革新二等奖。

提纲
一、背景及引言 二、安全仪表系统 三、雅克拉采气厂仪表自动化管理经验介绍 四、几点体会和建议

Suggest
? 自动化系统建设要与项目建设同步,重视初期投入 ? 严把设计关,立足为工艺安全服务的原则 ? 仪表技术人员必须懂工艺 ? 仪表技术人员多懂一些设备、电气方面的知识,“机电仪”一体化 ? 重视大型机组PLC系统知识学习 ? “自动化程度高不代表安全程度高”,系统维护是关键 ? 多学习、培训、交流

请各位领导专家多提宝贵意见 谢谢!

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1、先天下之忧而忧;后天下之乐而乐 。—— 范仲淹

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2、捐躯赴国难,视死忽如归。 ——曹 植

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3、近乡情更切,不敢问来人。— —宋之 问

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4、气蒸云梦泽;波撼岳阳城。— —孟浩 然

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5、中夜四五叹,常为大国忧。— —李白

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6、国耻未雪,何由成名?——李 白

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7、当须徇忠义,身死报国恩。— —李希 仲

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8、科学虽没有国界,但是学者却 有他自 己的国 家。— —巴斯 德

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9、虚荣的人注视着自己的名字, 光荣的 人注视 着祖国 的事业 。—— 马蒂

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10、爱国主义就是千百年来固定 下来的 对自己 的祖国 的一种 最深厚 的感情 。—— 列宁

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11、利于国者爱之,害于国者恶 之。— —晏婴

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12、常思奋不顾身,而殉国家之 急。— —司马 迁

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13、爱国如饥渴。——班固

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14、一身报国有万死,双鬓向人 无再青 。—— 陆游

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15、死去原知万事空,但悲不见 九州同 。王师 北定中 原日, 家祭无 忘告乃 翁。— —陆游

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16、人生自古谁无死,留取丹心 照汗青 。—— 文天祥

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17、天下兴亡,匹夫有责。—— 顾炎武

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18、南北驱驰报主情,江花边草 笑平生 。一年 三百六 十日, 都是横 戈马上 行。— —戚继 光

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19、瞒人之事弗为,害人之心弗 存,有 益国家 之事虽 死弗避 。—— 吕坤

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20、各出所学,各尽所知,使国 家富强 不受外 侮,足 以自立 于地球 之上。 ——詹 天佑

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21、做人最大的事情是什么呢? 就是要 知道怎 样爱国 。—— 孙中山

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22、我们爱我们的民族,这是我 们自信 心的泉 源。— —周恩 来

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23、为中华之崛起而读书。—— 周恩来

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24、以身许国,何事不敢为?— —岳飞

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25、夜视太白收光芒,报国欲死 无战场 !—— 陆游

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26、位卑不敢忘忧国。——陆游

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27、寄意寒星荃不察,我以我血 荐轩辕 。—— 鲁迅

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28、中国自古以来,就有埋头苦 干的人 ,就有 拼命硬 干的人 ,就有 为民请 命的人 ,就有 舍身求 法的人 。—— 他们是 中国的 脊梁。 ——鲁 迅

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29、惟有民魂是值得宝贵的,惟 有它发 扬起来 ,中国 人才有 真进步 。—— 鲁迅

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30、我们中华民族有同自己的敌 人血战 到底的 气概, 有在自 力更生 的基础 上光复 旧物的 决心, 有自立 于世界 民族之 林的能 力。— —毛泽 东

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31、与其忍辱生,毋宁报国死。 ——何 香凝

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32、锦绣河山收拾好,万民尽作 主人翁 。—— 朱德

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33、人民不仅有权爱国,而且爱国是 个义务 ,是一 种光荣 。—— 徐特立

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34、爱国的主要方法,就是要爱 自己所 从事的 事业。 ——谢 觉哉

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35、中国是古老的民族,也是勇 敢的民 族。中 华民族 有两大 优点: 勇敢, 勤劳。 这样的 民族多 么可爱 ,我们 爱我们 民族( 当然其 他民族 也有他 们可爱 之处, 我们决 不忽视 这一点 ),这 是我们 自信心 的泉源 。—— 周恩来

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36、真正的爱国者是爱人类的, 爱国决 不是排 外。— —马铁 丁

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37、爱国主义就是千百年来巩固 起来的 对自己 的祖国 的一种 最深厚 的感情 。—— 列宁

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38、必须经过祖国这一层楼,然 后更上 一层楼 ,达到 人类的 高度。 ——罗 曼·罗兰

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39、黄金诚然是宝贵的,但是生 气蓬勃 的勇敢 的爱国 者却比 黄金更 为宝贵 。—— 林肯



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