kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-2(22)-63kaz44-2624Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАВЛИЯНИЕ ТОНКОГО HVOF-ПОКРЫТИЯ CR₃C₂-NICR НА ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ТРУБ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ КОТЛА БКЗ-320-140THE EFFECT OF A THIN CR₃C₂-NICR HVOF COATING ON THE THERMAL RESISTANCE AND TEMPERATURE DISTRIBUTION OF STEAM SUPERHEATER TUBES IN A BKZ-320-140 BOILERhttps://orcid.org/0000-0003-0203-6050ДаутбековМ. К.DautbekovM. K.

Мерхат Курметович Даутбеков – научный сотрудник,

070002, г. Усть-Каменогорск, ул. Гоголя, 7г

Merkhat Kurmetovich Dautbekov – Researcher,

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Gogol, 7g

merkhatd@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5630-9467КеңесбековА. Б.KengesbekovA. B.

Айдар Бақытбекұлы Кеңесбеков – старший научный сотрудник,

070002, г. Усть-Каменогорск, пр. Шакарим, 157

Aidar Bakytbrkuly Kenesbekov – Senior Researcher, 

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarym Ave. 157

kenesbekovaidar@gmail.comТөлеубаевТ. Т.ToleubayevT. T.

Тұрар Тұрысбекұлы Төлеубаев – руководитель отдела подготовки ремонтов и перспективного развития,

070002, г. Усть-Каменогорск, ул. Промышленная, 2

Turar Turysbekuly Toleubaev – Head of the Department of Repair Preparation and Prospective Development, 

Ust-Kamenogorsk, Promyshlennaya St., 2

turar.t.t@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-8026-1408МұралА.MuralA.

Айбол Мурал – младший научный сотрудник,

070002, г. Усть-Каменогорск, ул. Гоголя, 7г

Aibol Mural – Junior Researcher,

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Gogol, 7g

aibolm02@gmail.comТОО «PlasmaScience»КазахстанPlasmaScience LLPKazakhstanТОО «Институт композиционных материалов»КазахстанInstitute of Composite Materials LLPKazakhstanТОО «Усть-Каменогорская ТЭЦ»КазахстанLLP «Ust-Kamenogorsk CHP»Kazakhstan20262907202602(22)593605Copyright © Даутбеков М.К., Кеңесбеков А.Б., Төлеубаев Т.Т., Мұрал А., 20262026Даутбеков М.К., Кеңесбеков А.Б., Төлеубаев Т.Т., Мұрал А.Dautbekov M.K., Kengesbekov A.B., Toleubayev T.T., Mural A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/2624

В работе проведён анализ влияния газотермических покрытий на основе Cr₃C₂- NiCr, полученных методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF), на теплофизические характеристики труб ширмовых пароперегревателей котлоагрегата БКЗ-320- 140. Рассмотрено влияние защитного покрытия на процессы теплопередачи, включая конвективный и радиационный теплообмен, а также на температурное состояние металла в условиях высокотемпературного воздействия дымовых газов. Расчёт температурного поля выполнен методом конечных элементов в программном комплексе ELCUT 6.6 с учётом нестационарного режима теплопередачи. В ходе моделирования учтены реальные эксплуатационные параметры, включая давление и температуру пара, скорость потоков и теплофизические свойства материалов. Установлено, что наличие покрытия приводит к незначительному увеличению суммарного термического сопротивления системы «стенка трубы – покрытие». При этом влияние покрытия на температурный режим труб и плотность теплового потока остаётся минимальным. Показано, что применение покрытий Cr₃C₂-NiCr позволяет повысить коррозионно-эрозионную стойкость поверхностей нагрева без существенного снижения теплотехнической эффективности котлоагрегата в реальных условиях эксплуатации. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании, модернизации и оптимизации энергетического оборудования тепловых электростанций в промышленной энергетике Казахстана.

This study analyzes the effect of HVOF-sprayed Cr₃C₂-NiCr coatings on the thermophysical characteristics of superheater tubes of the BKZ-320-140 boiler unit. The influence of the protective coating on heat transfer processes, including convective and radiative heat exchange, as well as on the temperature state of the tube material under high-temperature flue gas conditions, is investigated. The temperature field was calculated using the finite element method in the ELCUT 6.6 software under transient heat transfer conditions. The model incorporates real operating parameters, including steam pressure and temperature, flow velocities, and thermophysical properties of materials. The results show that the presence of the coating leads to a slight increase in the total thermal resistance of the “tube wall–coating” system. However, its effect on the temperature regime and heat flux density is negligible. It is demonstrated that Cr₃C₂-NiCr coatings improve the corrosion and erosion resistance of heating surfaces without significantly reducing the thermal efficiency of the boiler unit under real operating conditions. The obtained results can be applied in design, modernization and optimization of power equipment in industrial energy systems of Kazakhstan.

тепловые электростанцииповерхности нагревапароперегревательгазотермическое напылениеHVOFзащитные покрытияthermal power plantsheating surfacessteam superheatergas thermal sprayingdetonation sprayingprotective coatingsДанное исследование финансировалось Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № AP226683418).ReferencesInternational Energy Agency. World Energy Outlook 2023. Paris: IEA, 2023. 524 p.International Energy Agency. World Energy Outlook 2023. Paris: IEA, 2023. 524 p. (In English).Министерство энергетики Республики Казахстан. Топливно-энергетический баланс Республики Казахстан. Астана, 2022. – 120 с.Ministerstvo ehnergetiki Respubliki Kazakhstan. Toplivno-ehnergeticheskii balans Respubliki Kazakhstan. Astana, 2022. – 120 s. (In Russian).Samruk-Energy JSC. Annual Report 2022. Astana, 2023. – 180 p.Samruk-Energy JSC. Annual Report 2022. Astana, 2023. – 180 p. (In English).Viswanathan R. Damage mechanisms and life assessment of high-temperature components. Materials Park: ASM International. – 1989. – 500 p. https://doi.org/10.31399/asm.tb.dmlahtc.9781627083409.Viswanathan R. Damage mechanisms and life assessment of high-temperature components. Materials Park: ASM International. – 1989. – 500 p. https://doi.org/10.31399/asm.tb.dmlahtc.9781627083409. (In English).Stringer J. High temperature corrosion of metals / J. Stringer // Materials Science and Technology. – 1987. – Vol. 3. – P. 482-493. https://doi.org/10.1080/02670836.1987.11782259.Stringer J. High temperature corrosion of metals / J. Stringer // Materials Science and Technology. – 1987. – Vol. 3. – P. 482-493. https://doi.org/10.1080/02670836.1987.11782259. (In English).Ненашев А.А. Моделирование и исследование топочно-горелочных процессов энергетических паровых котлов: дис. ... канд. техн. наук. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2023. – 150 с.Nenashev A.A. Modelirovanie i issledovanie topochno-gorelochnykh protsessov ehnergeticheskikh parovykh kotlov: dis. ... kand. tekhn. nauk. Krasnoyarsk: Sibirskii federal'nyi universitet, 2023. – 150 s. (In Russian).Oka Y. Erosion and corrosion behavior of boiler tubes / Y. Oka, Y. Mihara, M. Yamamoto // Wear. – 2005. – Vol. 258. – P. 177-185. https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.09.004.Oka Y. Erosion and corrosion behavior of boiler tubes / Y. Oka, Y. Mihara, M. Yamamoto // Wear. – 2005. – Vol. 258. – P. 177-185. https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.09.004. (In English).Reed R.C. The Superalloys: Fundamentals and Applications / R.C. Reed // Cambridge: Cambridge University Press. – 2006. – 372 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511541285.Reed R.C. The Superalloys: Fundamentals and Applications / R.C. Reed // Cambridge: Cambridge University Press. – 2006. – 372 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511541285. (In English).Герасимова Н.П. Золовой износ поверхностей нагрева котлоагрегатов / Н.П. Герасимова // iPolytech Journal. – 2020. – Т. 24, № 3(152). – С. 596-605. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-3-596-605.Gerasimova N.P. Zolovoi iznos poverkhnostei nagreva kotloagregatov / N.P. Gerasimova // iPolytech Journal. – 2020. – T. 24, № 3(152). – S. 596-605. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-3-596-605. (In Russian).Modest M.F. Radiative Heat Transfer / M.F. Modest // 3rd ed. Academic Press. – 2013. – 928 p.Modest M.F. Radiative Heat Transfer / M.F. Modest // 3rd ed. Academic Press. – 2013. – 928 p. (In English).Role of thermal spray processing method on the microstructure, residual stress and properties of coatings / S. Sampath et al // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 201. – P. 1979- 1989. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.08.023.Role of thermal spray processing method on the microstructure, residual stress and properties of coatings / S. Sampath et al // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 201. – P. 1979- 1989. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.08.023. (In English).Hydrophilic modification of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) by atmospheric pressure glow discharge (APG) treatment / E. Njatawidjaja et al // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Т. 201, № 3-4. – Р. 699-706. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.12.017.Hydrophilic modification of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) by atmospheric pressure glow discharge (APG) treatment / E. Njatawidjaja et al // Surface and Coatings Technology. – 2006. – T. 201, № 3-4. – R. 699-706. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.12.017. (In English).Myung H.S. A study on the synthesis and formation behavior of nanostructured TiN films by copper doping / H.S. Myung, J.G. Han, J.H. Boo // Surface and Coatings Technology. – 2004. – Vol. 177-178. – P. 404-408. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.09.016.Myung H.S. A study on the synthesis and formation behavior of nanostructured TiN films by copper doping / H.S. Myung, J.G. Han, J.H. Boo // Surface and Coatings Technology. – 2004. – Vol. 177-178. – P. 404-408. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.09.016. (In English).Jackson R.L. A multi-scale model for contact between rough surfaces / R.L. Jackson, J.L. Streator // Wear. – 2006. – Vol. 261. – No. 11-12. – P. 1337-1347. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.03.015.Jackson R.L. A multi-scale model for contact between rough surfaces / R.L. Jackson, J.L. Streator // Wear. – 2006. – Vol. 261. – No. 11-12. – P. 1337-1347. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.03.015. (In English).Singh S. A review on protection of boiler tube steels with thermal spray coatings from hot corrosion / S. Singh, K. Goyal, R. Bhatia // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 56. – P. 379-383. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.01.219.Singh S. A review on protection of boiler tube steels with thermal spray coatings from hot corrosion / S. Singh, K. Goyal, R. Bhatia // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 56. – P. 379-383. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.01.219. (In English).Thermal spray coatings on high-temperature oxidation and corrosion applications – A comprehensive review / V. Lakkannavar et al // Results in Surfaces and Interfaces. – 2024. – Vol. 16. – Article 100250. https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2024.100250.Thermal spray coatings on high-temperature oxidation and corrosion applications – A comprehensive review / V. Lakkannavar et al // Results in Surfaces and Interfaces. – 2024. – Vol. 16. – Article 100250. https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2024.100250. (In English).High Temperature Corrosion Resistant and Anti-slagging Coatings for Boilers: A Review / K. Khantisopon et al // High Temperature Corrosion of Materials. – 2024. – Vol. 101, Suppl. 1. – P. 1- 55. https://doi.org/10.1007/s11085-024-10251-0.High Temperature Corrosion Resistant and Anti-slagging Coatings for Boilers: A Review / K. Khantisopon et al // High Temperature Corrosion of Materials. – 2024. – Vol. 101, Suppl. 1. – P. 1- 55. https://doi.org/10.1007/s11085-024-10251-0. (In English).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.