换热器是食品和石油化工等行业中广泛使用的热交换设备。调查显示大部分换热设备都存在不同程度的结垢问题。污垢的存在不仅增大了流体流动的阻力,更是降低了设备的传热效率,导致流体的出口温度偏离目标要求。因此无论是单个换热器设计还是换热网络综合,都需要充分考虑污垢的影响。基于这种研究背景,本文采用渐近线模型描述污垢随时间的变化,对柔性换热网络综合与优化问题进行了研究。在此基础上,进一步研究了存在污垢老化现象的柔性换热网络综合与清洗时序优化。主要内容有：(1)考虑到污垢对传热的影响,对换热网络综合进行研究,并提出结构优化的方法。首先采用虚拟温度法综合得到初始换热网络,为了满足系统在整个操作时间内的换热要求,利用最大污垢热阻计算传热系数；然后采用断开回路和去掉小面积换热器的方法简化初始的网络结构。在此过程中,针对以往计算过程繁琐且在处理夹点附近的换热器时容易出现冷热流股传热温差小于最小传热温差的情况,本文提出利用Excel中规划求解工具对结构简化后各设备的热负荷进行优化从而在满足传热约束基础上,有效的控制公用工程的消耗,降低网络的年度总费用。(2)对污垢随时间变化的柔性换热网络提出采用遗传/模拟退火算法优化换热器面积的策略。基于最大污垢热阻综合得到的换热网络,在大部分操作时间内,其换热面积大于系统实际需要。本文以过程换热器的换热面积为优化变量,通过对网络的固定投资和操作费用进行权衡得到总费用降低的柔性换热网络。为了精确计算操作费用,本文根据污垢生长的特点,将操作时间划分为若干个时间段,通过对各时间段进行模拟加权计算公用工程用量。算例证明本文提出的方法无论计算时间还是结果都优于文献方法。(3)考虑到污垢老化现象,提出柔性换热网络综合与清洗时序优化的方法。本文利用双层模型来描述污垢层与老化层,并且采用化学清洗和机械清洗两种方法清除设备表面沉积物。两种方法的费用、时间消耗以及对不同的污垢层的去除能力不同,因此在对清洗时序优化的同时需要选择设备清洗的方法。整个计算过程分为两部分：首先基于最大污垢热阻综合得到初始换热网络并对其进行结构优化；在此基础上建立换热器面积和清洗时序优化的混合整数非线性模型(MINLP).由于该模型求解困难,这里先采用分步法求解该问题；然后利用分步求解的结果为同步优化换热器面积与网络清洗时序设置初值,并且增加对表示设备状态的整型变量的约束。两种优化方法都采用数学规划软件The General Algebraic Modeling System(GAMS)中DICOPT求解器进行求解。