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焦炭塔是炼油厂延迟焦化装置的关键设备之一，始终处于周期性的运行状态中。一个炼焦周期由蒸汽预热、油气预热、倒塔、进油生焦、吹蒸汽、水冷却、排水、除焦等主要过程组成。炼焦过程中的温度、压力及其变化是炼焦塔的重要特征。

焦炭塔的温度一般24～48 h波动一次，包括从50～500 ℃的升温过程、生焦期间约20 h的500 ℃左右高温保温过程以及从500～50 ℃的冷却过程。焦炭塔承受的压力载荷包括塔体和保温层重、最高约0.3 MPa的内压以及周期性变化的内部介质载荷作用。

炼焦过程中这些随时间不断变化着的三维温度场和应力场会在焦炭塔塔体轴向、径向、环向形成周期性的温度梯度[1-2]，进而造成温差热应力，还会使焦炭塔设备材料，尤其是碳钢因长期在较高温度环境下服役发生一定的蠕变变形和材质劣化现象，最终导致焦炭塔可能出现高温低周疲劳破坏、热机械疲劳破坏或疲劳蠕变的交互作用等多种失效模式，焦炭塔安全性分析因而也始终是国内外学者研究的重点和难点。

1　焦炭塔主要失效形式和原因

自1968年以来，美国石油学会(API)就焦炭塔完整性和可靠性先后进行了4次调查(1968年、1980年、1996年和2013年)[3]。查阅2013年API对164座焦炭塔(总计已服役超过2 500 a)进行的调查，经分析发现有61%的焦炭塔发生了鼓胀变形,97%的焦炭塔发生了环向开裂,多数鼓胀和开裂位于锥体上方筒体的第3、4、5层侧板,78%的焦炭塔有塔体和裙座开裂经历。

1.1　鼓胀变形

1.1.1强度不匹配[4-5]