Rules for steam turbine thermal acceptance tests - Part 3: Thermal performance verification tests of retrofitted steam turbines

This part of IEC 60953, also called "retrofit code" (RC), establishes a supplementary retrofit code for thermal verification tests of retrofitted steam turbines.

Règles pour les essais thermiques de réception des turbines à vapeur - Partie 3: Essais de vérification des performances des turbines à vapeur rénovées

La présente partie de la CEI 60953-3, appelée aussi «code pour rénovations» (CR), constitue un guide additionnel pour les essais thermiques de vérification des turbines à vapeur rénovées.

General Information

Status
Published
Publication Date
04-Dec-2001
Technical Committee
Current Stage
PPUB - Publication issued
Start Date
05-Dec-2001
Completion Date
05-Dec-2001
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IEC 60953-3:2001 - Rules for steam turbine thermal acceptance tests - Part 3: Thermal performance verification tests of retrofitted steam turbines
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Standards Content (sample)

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
60953-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2001-12
Règles pour les essais thermiques de réception
des turbines à vapeur –
Partie 3:
Essais de vérification des performances
des turbines à vapeur rénovées
Rules for steam turbine thermal
acceptance tests –
Part 3:
Thermal performance verification tests
of retrofitted steam turbines
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 60953-3:2001
---------------------- Page: 1 ----------------------
Numérotation des publications Publication numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For

devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Editions consolidées Consolidated editions

Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its

CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1

exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,

respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and

base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1

base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
Informations supplémentaires Further information on IEC publications
sur les publications de la CEI

Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept

constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that

actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information

cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is

nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications

(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments

amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under

sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the

par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this

ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,

également disponibles par l’intermédiaire de: is also available from the following:

• Site web de la CEI (www.iec.ch) • IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications

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comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-

d’études ou date de publication. Des informations line information is also available on recently

en ligne sont également disponibles sur les issued publications, withdrawn and replaced

nouvelles publications, les publications rempla- publications, as well as corrigenda.

cées ou retirées, ainsi que sur les corrigenda.
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• IEC Just Published
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NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
60953-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2001-12
Règles pour les essais thermiques de réception
des turbines à vapeur –
Partie 3:
Essais de vérification des performances
des turbines à vapeur rénovées
Rules for steam turbine thermal
acceptance tests –
Part 3:
Thermal performance verification tests
of retrofitted steam turbines
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Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni No part of this publication may be reproduced or utilized in

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CODE PRIX
Commission Electrotechnique Internationale
PRICE CODE
International Electrotechnical Commission
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---------------------- Page: 3 ----------------------
– 2 – 60953-3  CEI:2001
SOMMAIRE

AVANT-PROPOS....................................................................................................................4

INTRODUCTION.....................................................................................................................6

1 Domaine d’application et objet........................................................................................12

2 Unités, symboles, termes et définitions...........................................................................14

3 Principes directeurs........................................................................................................30

4 Techniques de mesure et appareils de mesure...............................................................34

5 Dépouillement des essais...............................................................................................38

6 Correction des résultats d’essai et comparaison avec la garantie ...................................48

Les annexes A à G sont données dans la CEI 60953-2
Annexe H (normative) Incertitude de mesure des résultats – application aux

rénovations...........................................................................................................................52

Annexe I (informative) Calculs de rénovations – exemples numériques (fossiles et

nucléaires)............................................................................................................................64

Annexe J (informative) Calcul de l’incertitude – exemples numériques (cycles fossiles

et nucléaires)......................................................................................................................116

Annexe K (normative) Technique des traceurs – application aux rénovations.....................138

Annexe L (informative) Méthode de la variation des températures .....................................146

---------------------- Page: 4 ----------------------
60953-3  IEC:2001 – 3 –
CONTENTS

FOREWORD...........................................................................................................................5

INTRODUCTION.....................................................................................................................7

1 Scope and object............................................................................................................13

2 Units, symbols, terms and definitions..............................................................................15

3 Guiding principles...........................................................................................................31

4 Measuring techniques and measuring instruments..........................................................35

5 Evaluation of tests..........................................................................................................39

6 Corrections of test results and comparison with guarantee .............................................49

Annexes A to G are given in IEC 60953-2

Annex H (normative) Measuring uncertainty of results – retrofit application ..........................53

Annex I (informative) Retrofit improvement calculation – numerical examples (fossil

and nuclear) .........................................................................................................................65

Annex J (informative) Uncertainty calculation – numerical examples (fossil and nuclear) ....117

Annex K (normative) Tracer technique – retrofit application ................................................139

Annex L (informative) Temperature variation method ..........................................................147

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– 4 – 60953-3  CEI:2001
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
RÈGLES POUR LES ESSAIS THERMIQUES DE RÉCEPTION
DES TURBINES À VAPEUR –
Partie 3: Essais de vérification des performances
des turbines à vapeur rénovées
AVANT-PROPOS

1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation

composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a

pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les

domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes

internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national

intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement

avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les

deux organisations.

2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure

du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés

sont représentés dans chaque comité d’études.

3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés

comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les

Comités nationaux.

4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de

façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes

nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale

correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.

5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité

n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.

6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire

l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour

responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.

La Norme Internationale CEI 60953-3 a été préparée par le Comité d’études 5 de la CEI:

Turbines à vapeur.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
5/130/FDIS 5/137/RVD

Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant

abouti à l’approbation de cette norme
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.

Cette norme doit être lue conjointement avec la CEI 60953-2. Elle utilise la même structure et

complète la numérotation des articles de cette dernière, le cas échéant avec du texte

complémentaire.

Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2010. A

cette date, selon décision préalable du comité, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée
---------------------- Page: 6 ----------------------
60953-3  IEC:2001 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
RULES FOR STEAM TURBINE THERMAL ACCEPTANCE TESTS –
Part 3: Thermal performance verification tests
of retrofitted steam turbines
FOREWORD

1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising

all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote

international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To

this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is

entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may

participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising

with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International

Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the

two organizations.

2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an

international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation

from all interested National Committees.

3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form

of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National

Committees in that sense.

4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International

Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any

divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly

indicated in the latter.

5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any

equipment declared to be in conformity with one of its standards.

6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject

of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard IEC 60953-3 has been prepared by IEC technical committee 5: Steam

turbines.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
5/130/FDIS 5/137/RVD

Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on

voting indicated in the above table.

This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.

This standard should be read in conjunction with IEC 60953-2. It follows the same structure,

extending the clause numbering where necessary with complementary text.

The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until

2010. At this date, in accordance with the committee's decision, the publication will be

• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – 60953-3  CEI:2001
INTRODUCTION

La rénovation d’une turbine à vapeur installée dans une centrale thermique existante

s’accompagne fréquemment d’une amélioration des performances. La CEI 60953-1 et la

CEI 60953-2 qui définissent les règles pour les essais thermiques de réception des turbines à

vapeur de centrales thermiques neuves ne satisfont pas à toutes les exigences spécifiques

aux projets de rénovation. Il a donc été nécessaire d'établir, à titre de directive additionnelle,

un code pour rénovations (CR) destiné aux essais thermiques de réception des turbines à

vapeur rénovées.
Un grand nombre de dispositions et de recommandations de la CEI 60953-1 et de la

CEI 60953-2 restent cependant encore applicables aux rénovations; par conséquent, afin

d'éviter un document répétitif et volumineux, seuls les ajouts spécifiques aux rénovations sont

indiqués dans ce CR.

Cette partie de la CEI 60953 doit être lue conjointement avec la CEI 60953-2, et les mots

"essais de vérification" seront lus en lieu et place de "essais de réception". La CEI 60953-2

constitue la norme de référence (NR). La structure et la numérotation des articles de la norme

suivent celles de la CEI 60953-2. Un paragraphe présent dans la norme annule et remplace

l'article équivalent de la norme de référence. La numérotation des paragraphes a été étendue

pour chaque nouvelle inclusion. Les articles de la norme de référence ne requérant aucune

modification n'ont pas été répétés ici, la numérotation suivant l'ordre chronologique.

La CEI 60953-2 a été utilisée comme référence plutôt que la CEI 60953-1, car elle a été jugée

plus universelle et appropriée aux rénovations. Bien qu'il soit prévu d'appliquer cette norme à

la rénovation des grandes turbines à vapeur à condensation, elle peut néanmoins être utilisée

pour d'autres types et d’autres puissances de turbines, afin de définir les bases d'une

procédure spécifique, avec l'accord des parties concernées.

Le fait que la CEI 60953-2 ait été privilégiée par rapport à la CEI 60953-1 ne signifie pas

qu'une moindre précision ait été retenue. Les règles sont définies de manière à obtenir la

précision d'essai appropriée pour le projet de rénovation et pour le type de garantie concerné.

Dans certains cas, les règles plus strictes de la CEI 60953-1 sont nécessaires pour atteindre

ces objectifs et cela est spécifié dans la norme.

Les règles données dans cette norme couvrent toutes les rénovations de turbines à vapeur.

La rénovation de tout autre composant de la centrale (par exemple chaudière, réchauffeurs

alimentaires, etc.) n’est pas traitée dans ce code, bien qu'elle puisse affecter le cycle

thermodynamique.

L'objectif de ce CR est de traiter les projets de rénovation de turbines à vapeur qui ont une

incidence sur le rendement de la centrale thermique et sont soumis à une garantie de

performances. De nombreux cas différents peuvent d'être rencontrés: par exemple, le rempla-

cement des organes d'admission vapeur, le remplacement partiel des aubages de la turbine

d'un rotor, d'un module complet, etc. Les valeurs de garantie dépendront de la rénovation

considérée et seront soumises à l'approbation des parties signataires du contrat. Cette norme

aide ces parties à déterminer les paramètres les mieux appropriés caractérisant la rénovation

qui pourront être utilisés comme valeurs de garantie.

La grande difficulté dans les projets de rénovation consiste à sélectionner les paramètres à

garantir. Bien que le constructeur original préconise généralement une garantie d'amélioration

relative, un constructeur qui ne connaît pas nécessairement tous les détails des équipements

installés peut préférer offrir une valeur de garantie absolue pour l'équipement rénové. Cette

norme donne des directives sur les paramètres à garantir. Une fois les valeurs de garantie

établies, elles peuvent être revues et réévaluées après un essai de performance avant

rénovation. Cette norme fournit de telles règles nécessaires à la vérification des valeurs

garanties.

La grande diversité des rénovations rend difficile à traiter de façon exhaustive l’ensemble des

cas mais quelques exemples détaillés illustrent l'application de cette norme et sont présentés

en annexes.
---------------------- Page: 8 ----------------------
60953-3  IEC:2001 – 7 –
INTRODUCTION

Retrofitting steam turbines in an existing power plant frequently involves an improvement of

performance. IEC 60953-1 and IEC 60953-2, which define the rules for steam turbine thermal

acceptance tests of a new power plant, do not cater for all the requirements specific to retrofit

projects. It has, therefore, been deemed necessary to draw up a supplementary retrofit code

(RC) for guidance on the thermal acceptance tests of retrofitted steam turbines.

However, a large number of the provisions and recommendations of IEC 60953-1 and IEC

60953-2 are still applicable to retrofits and, therefore, in order to avoid a repetitive and bulky

document, only the retrofit-specific addenda will be found in this RC.

This part of IEC 60953 shall be read in conjunction with IEC 60953-2, and the words

‘verification test’ should be read in place of ‘acceptance test’. IEC 60953-2 is taken as a RS.

The structure and clause numbering of this standard follow that of IEC 60953-2. Subclauses

found in this standard supersede the whole of the equivalent subclause in the RS. Subclause

numbering has been extended whenever new items have been included the numbering

following on chronologically. The subclauses of the RS requiring no amendment have not

been repeated here.

IEC 60953-2 has been used as reference rather than IEC 60953-1 since it is more versatile

and appropriate to retrofits. Although this standard is intended to apply to the retrofit of large

condensing steam turbines, it can nevertheless be used for other types and sizes of turbines

to define the bases of a specific procedure to be agreed upon by the parties involved.

The fact that IEC 60953-2 has been given preference over IEC 60953-1 does not mean that a

less accurate option has been taken. The rules it contains are defined so as to obtain the

appropriate testing accuracy for the retrofit project and for the relevant type of guarantee. In

some cases, the more stringent rules of IEC 60953-1 are needed to meet these objectives

and this is indicated in this standard.

The rules given in this standard cover all hardware change in the steam turbine equipment.

Changes to other hardware components (e.g. boiler, feedwater heaters, etc.) are not covered

by this code although these changes may affect the thermodynamic cycle.

The purpose of this RC is to cover the retrofit of steam turbine components which influence

the efficiency of the power plant and are subject to a performance guarantee. Many different

situations are likely to be encountered: for example, the replacement of steam valves, the

replacement of part of the turbine blading, of a rotor, of a complete module, etc. The

guarantee values will depend on the retrofit considered and are subject to agreement between

the parties involved in the contract. This standard helps the parties determine the most

appropriate parameters that characterise the retrofit and that could be used as guaranteed

values.

A major difficulty in retrofit projects is the choice of parameters to be guaranteed. Although

the original manufacturer will generally favour a relative improvement guarantee, another

vendor who does not necessarily know all the details of the equipment installed may prefer to

have an absolute guarantee value for the retrofitted equipment. This standard gives guidance

on the parameters to be guaranteed . Once the guaranteed values are established, they may

need to be re-evaluated after a pre-retrofit performance test. This standard provides such

rules required for the verification of the guaranteed values.

The many variations of retrofits possible make it difficult to cover all cases comprehensively

but a few detailed examples illustrating the application of this standard are presented in the

annexes.
---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – 60953-3  CEI:2001

Les différences majeures avec les articles principaux de la norme de référence sont

présentées ci-dessous.
Article 1: Domaine d'application et objet

De par sa spécificité, cette norme a nécessité la définition de nouvelles options concernant

les garanties. Il est possible de garantir des paramètres caractéristiques des équipements

rénovés (rendement des corps de turbine, perte de charge dans les organes d’admission

vapeur, etc.). La norme de référence définit des garanties absolues qui ne permettent pas de

spécifier les améliorations entre l'équipement initial et l'équipement rénové, c'est pourquoi la

notion de garantie relative est introduite dans cette norme.

Les dispositions contractuelles sont réexaminées, dans la mesure où elles peuvent varier d'un

cas à l'autre, étant donné les nombreuses possibilités de rénovations. Ces dispositions seront

soumises à l'approbation des parties concernées au moment où les garanties seront définies,

c'est-à-dire au cours de l'élaboration du contrat, avant la réalisation des essais de

vérification.
Article 2: Unités, symboles, termes et définitions

Toutes les unités, symboles, termes et définitions de la norme de référence sont applicables à

ce CR. Cependant, ce CR inclut de nouveaux concepts et termes associés aux cas de

rénovation – en particulier dans la définition des garanties qui peuvent être offertes -, soit en

supplément, soit en lieu et place de ceux de la norme de référence. Une matrice directive a

été également incluse pour permettre aux parties concernées de sélectionner les paramètres

à garantir les mieux appropriés en fonction du projet.
Les garanties fournies par le constructeur peuvent être
a) Garanties de valeurs absolues
– Rendement thermique ou consommation spécifique de chaleur de l'installation;
– rendement thermodynamique ou consommation spécifique de vapeur ou puissance de
la turbine à des conditions de débit vapeur spécifiées;
– débit principal de vapeur et/ou puissance maximale;
– rendement interne des différents corps de turbine.
b) Garanties de valeurs relatives
– Amélioration du rendement ou de la consommation spécifique de chaleur de
l'installation;
– amélioration du rendement thermodynamique ou de la consommation spécifique de
vapeur ou de la puissance;
– amélioration du débit principal de vapeur et/ou de la puissance maximale;
– amélioration du rendement interne des différents corps de turbine.
Article 3: Principes directeurs

La plupart des principes directeurs contenus dans la norme de référence sont également

applicables aux cas de rénovation. Les modifications ou ajouts à cet article traitent

principalement des dispositions à prendre lors de la réalisation des essais avant et après la

rénovation et font mention de la référence à utiliser lorsqu'une garantie d'amélioration de

performance est proposée.

Une attention particulière est portée aux problèmes d'isolement du cycle et aux déviations

acceptables des quantités mesurées qui peuvent avoir une incidence majeure sur l'inter-

prétation des résultats.
---------------------- Page: 10 ----------------------
60953-3  IEC:2001 – 9 –

The main differences in the main clauses between this standard and the RS are listed below.

Clause 1: Scope and object

Specifically, this standard requires the definitions of new options regarding guarantees. It is

possible to guarantee parameters typical of the retrofitted equipment (turbine cylinder

efficiency, pressure drop in valve chest, etc.). The RS defines absolute guarantees that are

not suitable for specifying improvements between initial and retrofitted equipment, and

therefore, relative guarantee values are introduced in this standard.

This standard reviews the contractual provisions, which can vary from one case to another, on

account of the wide range of feasible retrofits. These will be subject to an agreement between

the parties involved at the time the guarantees are defined i.e. during the formulation of the

contract prior to the performance of the verification tests.
Clause 2: Units, symbols, terms and definitions

All the units, symbols, terms and definitions of the RS apply to this RC. The RC, however,

includes new concepts and terms associated with the retrofit situation, especially in the

definition of guarantees which can be offered, either additionally or in lieu of those of the RS.

A guide matrix has been included to allow the parties involved to choose the parameters to be

guaranteed, as appropriate to the project.
The guarantees provided by the manufacturer can be
a) Guarantees of absolute values
– Turbine plant thermal efficiency or heat rate;

– turbine thermodynamic efficiency or steam rate or power output at specified steam

flow conditions;
– main steam flow capacity and/or maximum power output;
– internal efficiency of turbine sections.
b) Guarantees of relative values
– Improvement of turbine plant thermal efficiency or heat rate;
– improvement of thermodynamic efficiency or steam rate or power output;
– improvement of main steam flow capacity and/or maximum power output;
– improvement of internal efficiency of turbine sections.
Clause 3: Guiding principles

The majority of the guiding principles contained in the RS are also applicable to the retrofit

situation. Amendments or addenda to this clause mainly cover the precautions to be taken

when tests are to be run before and after the retrofit, and address the reference to be taken

when a guarantee on improvement in performance is offered.

Special attention is directed to the problems of isolation of the cycle, and allowable deviati

...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.