Bomba Auxiliar de Aceite de Sellos
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Válvulas Controladoras de Aceite de Sellos
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Trampas de Aceite de Sellos
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Líneas de Aceite de Sellos de Tanques Elevados a Compresores
Al Compresor MTGB-742
- 7 3 3 B G T M e s o r r p m A l C o
16
Bomba Principal de Aceite de Sellos
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Principio del Sistema con Sellos de Gas Seco Gas de Sellado Limpio
Fuga Primaria a Quemador
Fuga Secundaria a Venteo
Aire de Separación
Los Sellos de Gas Seco son básicamente sellos mecánicos, que consisten de un asiento rotatorio y una cara estacionaria, que en operación, ranuras aerodinámicas en el asiento generan una fuerza dinámica con un gas de sellado que causa que la cara se separe del asiento, de esta forma se crea una operación sin contacto. Atrás del sello de gas seco hay un laberinto, el cual separa el gas de proceso del gas de sellado. Delante del sello de gas seco se coloca un sello terciario, para separar el sello de gas seco del aceite de chumacera. 18
Beneficios del uso de sellos mecánicos de gas seco •
•
•
•
•
Eliminación del aceite hacia el proceso Operación sin contacto y por lo tanto sin desgaste Mayor seguridad para la operación, instalaciones y personal Reducción de los costos de mantenimiento Reducción de los costos de operación •
Protección al medio ambiente 19
Principio de Funcionamiento Un sello mecánico lubricado con gas opera dinámicamente con una película de gas entre sus caras que las mantiene separadas. Esta película de gas es establecida por el efecto aerodinámico de una serie de ranuras maquinadas en las caras rotatorias. La operación de las ranuras aerodinámicas es semejante a la de un impulsor semi-abierto. En operación dinámica el gas alrededor de las caras es succionado y presurizado a través de las ranuras hasta una presión máxima en el diámetro interior de la ranura. Después de este punto la presión del gas decrece en forma laminar a través del área no ranurada hasta casi igualar la presión en el diámetro interior de la cara.
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Construcción Gas de sellos (presión a sellar) ranuras película de gas Zona de ranuras
Lado Proceso
Lado Atmosférico
Fuga normal (al venteo o quemador) rotatorio
estacionario
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Ranuras aerodinámicas Distancia de separación La distancia de separación entre las caras de un sello mecánico lubricado con gas depende de la presión, temperatura, características del gas y velocidad entre otras condiciones. Esta separación varía de 2 a 10 micrones. Normalmente una separación promedio es de 3 micrones. Incremento de presión
Ranura U bidireccional
GAS GAS
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Principio de operación Fuerzas estáticas
Gradiente De Presión
Asiento rotatorio
Cara estacionaria
Presión de gas Y fuerza de resortes
Fuerzas dinámicas
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Operación sin contacto
5 bar
Operación sin contacto
Presión Contacto
0 bar 0 m/s
0,6 to 1,2 m/s
Velocidad
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Separación normal Fo = Fc Fuerza de apertura
l a i x Fuerza a a z r e u F
de cierre
gap
Separación normal: Fo = Fc
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Equilibrio de fuerzas La fuerza de apertura generada por las ranuras es igualada a la fuerza de cierre generada por los resortes y la presión del gas alrededor de las caras
F o >
F c
Fuerza de apertura
Separación normal
Fo = Fc
l a i x a a z r e u F
Fuerza de cierre
gap
F c < F o
Separación normal: Fo = Fc
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Efecto de regulación La distancia de separación, de apenas unos micrones, es regulada durante la operación dinámica. Para cada condición de operación se tiene un balance de la distancia de separación.
La magnitud de la fuerza de apertura depende de la distancia de separación, a esto se denomina rigidez positiva de separación. Si la distancia de separación decrece, la fuerza de apertura es incrementada por el efecto de regulación. Gracias a este principio, los sellos mecánicos lubricados con gas son altamente confiables.
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Fuga normal
Separación normal
Arranque y paro
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Descripción del arreglo tandem Fuga primaria a venteo
Gas limpio
Fuga secunaria a venteo Aire o N2
Dos sellos en serie
•
Al proceso
Sello de respaldo
•
Para gases peligrosos
•
29
Descripción del arreglo tandem El tipo de producto de proceso, las regulaciones de protección al medio ambiente y las normas industriales del usuario determinaran el tipo de diseño a aplicar. Arreglo tandem. Consistente de dos sellos colocados en serie (en la misma dirección). Ambos sellos deben soportar las condiciones máximas de operación. Este arreglo se aplica cuando el producto de proceso es tolerado en pequeñas cantidades hacia la atmósfera, pero se requiere un sistema de sellado seguro. Con este arreglo se tiene un sello primario (lado producto) operando en las condiciones plenas de presión y temperatura del producto a sellar. Un segundo sello (lado atmosférico) es el respaldo para continuar operando el equipo en caso de falla del sello primario. En operación normal, este segundo sello opera con una presión diferencial cercana a cero y prácticamente con una mínima parte de la pequeña fuga normal del sello primario. Con este arreglo, en caso de falla del sello primario, se tiene tiempo suficiente para programar el paro del equipo para reparar el sello primario, evitando así grandes pérdidas de producción, pero sobre todo incendios en las instalaciones o contaminación 30 excesiva del medio ambiente
Descripción del arreglo tandem Un dispositivo de sellado terciario puede adicionarse a los arreglos antes descritos, para proteger los rodamientos o chumaceras del equipo. Este sello terciario puede ser un arreglo doble de anillos de carbón o simplemente un sello de laberinto. El sello terciario opera con una corriente de gas de separación que puede ser aire o nitrógeno, a una presión promedio de 1.0 kg/cm2. Con este sellado terciario se evita la contaminación del aceite de chumaceras con el gas de sellos y la migración de este aceite hacia los sellos, lo que podría producir problemas en los sellos durante el arranque.
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Sello DGS en tandem con doble buje de carbon como Sello terciario
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Sello Terciario CSR El CSR es un anillo segmentado de carbón con un diseño de ranuras aerodinámicas en su diámetro interior. Durante operación estática, un resorte circunferencial mantiene cerrado el anillo sobre la camisa del sello, impidiendo que el aceite de chumaceras migre hacia el sello principal. En operación dinámica, las ranuras succionan el aire o nitrógeno de separación e incrementan su presión hasta lograr que el anillo opere sin contacto con la camisa, evitando así el desgaste del anillo y de la camisa. Parte del aire o nitrógeno de separación fluye hacia la zona del sello principal induciendo la fuga de éste hacia un venteo, mientras que la otra parte fluye hacia la zona de las chumaceras, evitando así que el aceite de estas se contamine con el gas del sello principal, así como que el aceite de chumaceras contamine a los sellos
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Construcción de los bujes CSR
Unión
Sentido de rotación
Ranuras aerodinámicas 34
Segmented carbon rings type CSR Resorte axial
Resorte circunferencial Anillo segmentado de carbón
P1
P2 Secondary seal face
área ranurada
Operación estática contacto
área de sellado
Operación sin contacto En condiciones dinámicas Separación 2 to 10 micrones 35
CSR unidireccional
p1, p3
p1A
Pressure
Direction of shaft rotation 36
CSR bidireccional p1, p3
p1A
Pressure
Direction of shaft rotation
37
Elementos de ajuste y centrado
O-rings
38
Transmisión del arrastre
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Materiales de las caras
Cara y asiento fabricados en Carburo de Silicio
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Sistemas de Control Funciones Filtrado del gas de sellos Regulación de la presión del gas de sellos Monitoreo del desempeño de los sellos
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Esquema de sistema de control Flare
Ven N2/Air t
Filter unit
H S I
PCV optional
D P _______ _______ _______ _______ _______ _______
FIS L
FO
_______ _______ _______ _______ _______ _______
FI optional
PI PDCV PIS LH PIS L
PDIS L
FO
Fuente de gas limpio
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Retrofit de compresores MTGB-742 y MTB-733 de los módulos de compresión Akal C4 y Akal J4 Descripción de los compresores y datos de operación
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Retrofit de compresores MTGB-742 y MTB-733 de los módulos de compresión Akal C4 y Akal J4 El sistema de Sellos de Gas Seco descrito esta diseñado para los módulos de compresión 1, 2, 3 y 4 de las Plataformas Akal C4 y J4 de PEMEX Exploración y Producción, Región Marina Noreste, del Activo Integral Cantarell, localizada en la Sonda de Campeche. Cada módulo de compresión está compuesto por dos compresores centrífugos tipo barril, uno de baja presión (MTGB-742) (booster) y uno de alta presión (MTGB-733). La función de los compresores es incrementar la presión del gas natural amargo producido en el complejo, para trasportarlo por tuberías a las plantas de procesamiento en tierra.
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Condiciones de operación Compresor de baja presión: MTGB-742 Presión de succión: 6.5 a 8 kg/cm 2 manométricos Temperatura entrada: 40 a 50
C
°
Presión de descarga: 31 a 36 kg/cm 2 manométricos Temperatura de descarga: 120 a 130
C
°
Compresor de alta presión: MTGB-733 Presión de succión: 31 a 36 kg/cm 2 manométricos Temperatura entrada: 38 a 46
C
°
Presión de descarga: 70 a 80 kg/cm 2 manométricos Temperatura de descarga: 120 a 130
C.
°
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Condiciones de operación Rango de despresurizacion: de 78 kg/cm 2 a 4 kg/cm2 en paro no venteado, y de 78 kg/cm 2 a la presión atmosférica en paro venteado.
Presión de estancamiento (settle-out pressure): cero, después de 5 minutos del paro del módulo de compresión (quedando solo presencia de vapores).
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Condiciones de operación Velocidades: Mínima: 1200 a 1800 rpm Máxima de operación: 7915 a 8312 rpm Primer calentamiento (velocidad de vacío): 1,800 rpm. Segundo calentamiento (velocidad de carga): 6,600 rpm. Velocidad de operación (velocidad con carga): 7,050 – 7,500 rpm.
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Condiciones de operación Presión y temperatura en el aceite de las chumaceras : presión = 1.1 – 1.4 kg/cm2 manométricos temperatura = normal 60°C (140°F)
Presión y calidad del aire disponible: 7 kg/cm2 manométricos 500 pies cúbicos por minuto; seco y filtrado en la plataforma Akal-J4 y húmedo y sin filtrar en Akal-C4
Gas de sellos que se utilizara para lubricar los sellos
mecánicos:
gas dulce en las siguientes condiciones: Presión: 52 kg/cm2 manométricos Temperatura: 20 a 42 °C
Presión en la línea al quemador : de 300 a 400 gr/cm2 manométricos (4 – 6 lb/plg2 manométricas)
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Sellos Mecánicos Secos de los compresores MTGB-742 y MTGB-733
49
Sellos para el compresor MTGB-742 CONEXIONES A Gas de Sellos C Fuga de sello primario S Fuga de sello secundario D N2 de separación
CHUMACERA
IMPULSORES
50
Sellos para el compresor MTGB-742
Portaprobetas de vibración
51
Sellos para el compresor MTGB-733 CONEXIONES A Gas de Sellos C Fuga de sello primario S Fuga de sello secundario D N2 de separación
CHUMACERA
IMPULSORES
D
52
Sellos para el compresor MTGB-733
Portaprobetas de vibración
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Sistemas de Control de Sellos Secos
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55
DTI de sistema de control de sellos del MTGB-742
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Layout de Sistema de Control de Sellos para el MTGB -742
57
Unidad de Prefiltrado (filtrado de líquidos – 15 micrones)
58
Filtros y Prefiltros Paneles SMS y NGS UNIDADES DE PRE FILTRADO Y FILTRADO DE COALESCENTES Y PARTICULAS PARA SISTEMAS DE CONTROL DE SELLOS DGS
Principio de operación. Filtrado de partículas – Se realiza por separación mecánica mediante una malla filtrante de partículas sólidas en una corriente de gas.
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Filtros y Prefiltros Paneles SMS y NGS UNIDADES DE PRE FILTRADO Y FILTRADO DE COALESCENTES Y PARTICULAS PARA SISTEMAS DE CONTROL DE SELLOS DGS
Principio de operación. Coalescencia – Se realiza por separación mecánica mediante una malla filtrante de fluidos líquidos de una corriente de gas
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Unidad de Filtrado (filtrado de sólidos – 3 micrones)
61
Filtros y Prefiltros Paneles SMS y NGS UNIDADES DE PRE FILTRADO Y FILTRADO DE COALESCENTES Y PARTICULAS PARA SISTEMAS DE CONTROL DE SELLOS DGS
Principio de operación. Filtrado duplex de partículas y coalescentes –Se realiza por separación separación mecánica mediante mallas de filtrado de partículas y líquidos de una corriente de gas
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Cambio de elemento filtrante Maneral de válvula principal
Válvula de línea de igualación Elemento filtrante
63
Unidad de regulación de presión de gas de sellos
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Unidad de Calentamiento de Gas de Sellos
65
Unidad de Monitoreo de Fuga de Sellos Primarios
66
Unidad de Monitoreo de Fuga de Sellos Secundarios
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Unidad de regulación de N2 a sellos terciarios
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DTI de sistema de control de sellos del MTGB-733
69
Layout de Sistema de Control de Sellos para el MTGB -733
70
Sistema de Generación de Nitrógeno
71
DTI de Sistema de Generación de N2
72
Layout de Sistema de Generación de N2
73
Unidad de Prefiltrado (de líquidos – 15 micrones)
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Unidad de Filtrado (de sólidos – 3 micrones)
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Membranas de separación (generación de N2)
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Generación de Nitrógeno por Membrana El proceso de Adsorción por Variación de Presión (PSA) mediante membranas puede generar Nitrógeno con una pureza de 80% a 85%
¿Cómo Trabaja una Membrana para Nitrógeno?
77
Generación de Nitrógeno por Membrana ¿Cómo Trabaja una Membrana para generar Nitrógeno? Entrada de Aire
35% a 45% Oxígeno, saturado a la atmósfera
El aire fluye entre el vaso y el cartucho de la membrana para generar Nitrógeno
78
Operación Protocolo de arranque
79
Secuencia de Arranque Para la operación de los sellos de gas seco instalados en los compresores MTGB-742 y MTGB-733 se debe verificar que:
1.
Haya suministro de aire al Generador de Nitrógeno
2.
Haya suministro de gas combustible a los paneles de control de sellos secos
Una vez verificado lo anterior puede proceder con la secuencia de arranque normal del módulo
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Secuencia de Arranque Para el arranque (puesta en operación) de los sellos de gas seco instalados en los compresores, se deben verificar:
PANELES 13-SMS-DGSX/170-TAXB-U-Z de los sellos secos del MTGB-742 y 13SMS-DGSX/155-TAXB-U-Z de los sellos secos del MTGB-733. 1. Verificar que estén cerradas las válvulas de aguja de igualación, de drene y venteo (posición 25 del dibujo IDS-1-85 ¾” NPT-F) del prefiltro (2) y del filtro (5) dibujos 13-SMS-DGSX/170-TAXB-U-Z y 13-SMS-DGSX/155-TAXB-U-Z. 2. Verificar que las válvulas Manifold (3,6,12) la entrada de señal alta y señal baja de los transmisores de presión diferencial estén abiertas y las válvula de igualación estén cerradas. 3. Verificar las válvulas de raíz (23,25,37,38 y 48) de los transmisores de presión estén abierta y la manija de purga cerrada. 4. Verificar las válvulas de bola 8, 11, 14 , 17, 44 y 47 en poción abierta 5. Verificar las válvulas de bola 9, 15 en posición cerrada 6. Verificar que válvula de aguja 55 este cerrada. 81
Secuencia de Arranque PANEL DE GENERACION DE NITROGENO 13-NGS-DGSX/170-155-TAXB-U-Z 7. Verificar que estén cerradas las válvulas aguja de igualación, de drene y venteo (posición 25 del dibujo IDS-1-85 ¾” NPT-F) del prefiltro (2) y del filtro (5) dibujo 13-NGS-DGSX/170-155-TAXB-U-Z 8. Verificar que las válvulas de bola 8 y 11 estén abiertas. 9. Verificar que la válvula de bola 9 estén cerradas.
PUERTOS DE CONEXIÓN EN COMPRESOR MTGB-742 10. Verificar en posición abierta válvulas de bola 3/4” y 1/2”. 11. Verificar válvula de compuerta 1/2” en posición abierta.
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Secuencia de Arranque PUERTOS DE CONEXIÓN EN COMPRESOR MTGB-733 12. Verificar en posición abierta válvulas de bola 3/4” y 1/2”. 13. Verificar válvula de compuerta 1/2” en posición abierta. 14. Energizar los controladores de los calentadores de gas de sellos secos. Estos han sido ya calibrados para operar calentando a 50°C el gas de sellos. El objetivo es eliminar los condensados de hidrocarburos en los sellos. 15. Abrir válvula de corte al suministro de gas de sellos (gas combustible) a los paneles de control de sellos de gas seco. 16. Abrir válvula de corte al suministro de aire al generador de nitrógeno para los sellos de gas seco. 17. Iniciar con la secuencia de arranque del módulo de compresión
83
Secuencia de Arranque Secuencia de arranque del Modulo A.
Establecer permisivos de arranque.
B.
Iniciar secuencia de arranque oprimiendo botón de arranque.
C.
Verificación de funcionamiento de ventilador de cubierta.
D.
Verificación de funcionamiento de ventilador de generador eléctrico.
E.
Cierre de válvulas de venteo atmosférico VV-111,VV112,VV113.
F.
Verificación de bomba de emergencia de lubricante.
G.
Apertura suministro de aire a generador de nitrógeno y apertura de suministro de gas combustible al sistema de sellos secos. SV-6 y SV-6A.
H.
Verificación de presión de nitrógeno a sellos terciarios. PT-314 y PT-313 mayor a 0.70 kg/cm2.
I.
Verificación de bomba auxiliar de aceite.
J.
Fin de secuencia de auxiliares.
K.
Inicia secuencia de purga y presurizaron de compresores. 84
Secuencia de Arranque NO SE REQUIERE NINGUNA OPERACIÓN, AJUSTE O APERTURA DE VÁLVULAS EN LOS PANELES DE CONTROL DE SELLOS SECOS NI EN EL GENERADOR DE NITROGENO DURANTE LA PUESTA EN OPERACION
85
Secuencia de Arranque
86
Operación Operación del Generador de Nitrógeno: Suministrar aire de planta de 7.0 kg/cm2 a un flujo promedio de 63 pies cúbicos por minuto
No se requiere ningún ajuste de válvulas durante operación Operación de los Paneles de control de sellos de gas seco: 1.
Energizar los calentadores de gas de sellos
2.
Suministrar Gas de Sellos (Gas Combustible) a 52 kg/cm2
No se requiere ningún ajuste de válvulas durante operación
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Operación Durante la operación de los sellos de gas seco instalados en los compresores, se deben verificar los siguientes parámetros:
88
Operación
89
Operación
90
Operación
91
Operación
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Monitoreo de sellos
Fig 1-A
93
Monitoreo de sellos
Fig 1-B
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Secuencia de paro El suministro de aire al Generador de N2 y de Gas Combustible a los paneles de control solo puede interrumpirse hasta que los compresores estén completamente venteados y el suministro de aceite lubricante a chumaceras y acoplamientos haya sido completamente detenido.
NO interrumpa el suministro de gas de sellos (gas combustible), aire a generador de nitrógeno y energía a calentadores de gas de sellos, sino hasta que haya detenido por completo la operación de los compresores, estos hayan sido venteados y despresurizados y el sistema de aceite lubricante haya sido interrumpido. ¡¡ATENCIÓN!! Solo hasta que los compresores hayan sido venteados y la operación del sistema de aceite lubricante interrumpido, se podrá proceder a cerrar el suministro de gas combustible a los paneles de control de los sellos de gas seco, el suministro de aire al generador de nitrógeno y el suministro de energía a los calentadores de gas de sellos NO SE REQUIERE NINGUNA OPERACIÓN, CIERRE O AJUSTE DE VÁLVULAS DURANTE EL PARO DE LOS SISTEMAS DE SELLOS DE GAS SECO 95
Instalación y Cambio de Sellos Procedimiento para instalación y cambio de los sellos
96
Instalación y Cambio de Sellos
97
Fijación axial del rotor para instalar los sellos en el MTGB-742
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Disco de fijación axial del rotor
99
Disco de fijación axial del rotor
100
Instalación y Cambio de Sellos en MTGB-742
101
Camisa guía para la instalación del sello
102
Instalación del sello en cartucho
103
Centrado radial del rotor para deslizar el sello
104
Apriete uniforme de los tornillos para fijar el sello
105
Apriete uniforme de los tornillos para fijar el sello
106
Quitar la camisa guía de instalación
107
Instalar la tuerca de fijación axial del rotor
108
Instalación de la tuerca de fijación axial del rotor
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Fijación axial del rotor para instalar los sellos en el MTGB-733
110
