焦炭塔是延迟焦化装置中的关键承压特种设备,常常经历周期性循环的大幅度升降温过程。其介质形态为气态、液态和固态并存,工况复杂、恶劣。一般在投用几年后会出现各种形式的损伤,其中裂纹是焦炭塔中最危险的缺陷,一旦发生失效后果极其严重。因此有必要对焦炭塔中的裂纹扩展机理进行研究,辅助以新型的无损监测方法对其进行精确的定量分析,为进一步进行安全风险评估,提供科学、快速、有效的依据。论文首先为焦炭塔检验选择了检验程序和检测方法,并通过设计制作3种材质的6块模拟裂纹深度测量试块,运用端点衍射法、相控阵法、TOFD法、爬波法和涡流法5种检测技术,在试块上进行裂纹深度测量比对试验,比对了五种监测方法的优劣,研究建立“相控阵-爬波复合监测法”的裂纹测深方法,相比传统测深及裂纹消缺方法,能为企业节省至少1h的检修时间,具有一定的经济效益。依照选定的检验程序和检测方法对某炼化公司焦炭塔塔体进行全面检验和检测,发现该焦炭塔锥形封头内侧存在严重的大面积腐蚀坑点且多条环焊缝及其热影响区上存在连续或断续分布的纵向裂纹,单条裂纹最长1790mm。对裂纹尖端区域进行金相检验发现3处穿晶显微裂纹,裂纹尖端为“匕首”状,宽而少分支,且边界聚集大量黑色碳化物。对截取试样的化学成分测试表明材料Cr、Mo元素含量接近标准下限,力学性能测试结果强度和塑性有所降低。引起焦炭塔失效的最大风险源为环焊缝上的纵向裂纹,通过上述检验手段所得到的定量数据不足以准确对焦炭塔的安全风险作出评估,也无法为快速消除和修复裂纹提供依据。通过结合“相控阵-爬波复合监测法”对裂纹的深度进行精确测定,验证了相控阵-爬波复合监测法在焦炭塔锥形封头上的运用,与实际消缺深度值相比误差在10%以内,或±0.1,说明比对试验建立的“相控阵-爬波复合监测法”科学有效。该方法能够快速适应现场复杂环境,准确测量裂纹深度,经现场检验验证具有良好的效果。最后,结合检验结果,分析了裂纹扩展和腐蚀原因。发现热疲劳是该锥形封头开裂的主要原因。受进料和切焦的热冲击,局部高热应力导致部分“发丝”状裂纹的产生,在轴向应力的作用下裂纹扩展。开裂也承受再热裂纹及蠕变的影响。锥形封头处在高硫介质中,在高温下发生硫化物腐蚀,与含氯含氨的高压除焦水冲蚀共同作用,导致大面积点蚀。提出了4项缓解裂纹扩展的针对性有效措施。最后探讨了裂纹和腐蚀坑的损伤修复技术。