离心泵是化工通用设备。离心泵网络的设计与操作优化是工业界节能降耗亟待解决的关键问题,其挑战性在于通过泵设备的空间布置、开停决策和性能调整,求解复杂的混合整数非线性规划,给出面向操作、设计及改造的最优解。本文构建了离心泵网络操作优化和改造设计优化命题,分别以面向工业应用的经验规则法和搜索全局最优的数学规划法求解,以期为工业应用和理论研究提供合理依据。本文主要工作包括以下几个方面:(1)选择合适的泵性能数学表达方法,拟合工业装置离心泵的在切削和变频条件下的特性曲线,建立设备基础模型和数据库,给出离心泵网络优化的基础目标函数、等式约束和不等式约束。(2)基于分步设计的离心泵网络操作优化。以某工厂冷却水系统集中式供水需求为例,分析指定结构泵网络输出流量和能量范围。以开停和变频为决策变量,求解各种单目标操作优化命题,分别采用经验规则法和数学规划法获得泵配置方案最优解;求解多目标操作优化命题,给出了多目标Pareto最优解集和消元成单目标的最优解。(3)基于同步设计的离心泵网络改造优化。针对冷却水系统的分布式需求,同步改变冷却水系统的供能端和用能端离心泵网络的整体结构、主泵网络的安装位置和泵运行数量、增压泵网络的安装位置和泵运行数量等。以年总费用最小为目标,根据现场泵网络及库存获得最优配置方案。并对比经验规则法和数学规划法的计算结果;结果表明当需求分布复杂时,数学规划法最优解更好。此外,对离心泵网络分步设计和同步设计法进行弹性分析对比,讨论了不同设备参数下两种设计方法系统操作弹性的影响。