蒸汽动力系统所消耗的能源占整个企业能源消耗的很大比例，其设计和运行将直接影响企业的能源利用率和经济效益。在炼化一体化项目中，有一个动力中心(CUS, centralized utility system)向各生产厂提供或收集蒸汽，还有两个分别位于乙烯厂和炼厂的子蒸汽动力系统(SUSs, sub-utility systems)为工艺过程提供驱动力。显然，一体化项目蒸汽动力系统是典型的多个相互连接蒸汽动力系统。虽然对单独的炼厂和乙烯厂蒸汽动力系统的优化研究已较为普遍，但很少有多个相互连接蒸汽动力系统优化研究的报道，因此对该课题的研究显得十分迫切。相比单个蒸汽动力系统，多个相互连接蒸汽动力系统设计优化不仅要实现CUS和每个SUS的结构和操作条件的优化，还要考虑CUS和SUSs间的相互影响。为此，本文建立了多个相互连接蒸汽动力系统设计优化的混合整数非线性规划(MINLP, mixed-integer nonlinear programming)模型，并将该模型用于炼化一体化项目蒸汽动力系统设计。主要研究内容如下：
　　(1)为了确定系统的最佳结构，在单个蒸汽动力系统超结构的基础上，建立了多个相互连接蒸汽动力系统超结构。带有蒸汽抽出的复杂透平是蒸汽动力系统中的重要设备，本文对复杂透平模型进行改进，提高了模型的准确度。
　　(2)根据本文提出的超结构，建立了多个相互连接蒸汽动力系统的同步设计优化模型。为研究集管温度对蒸汽动力系统结构和操作条件的影响，本文对比了两种不同场景下一体化项目蒸汽动力系统的设计方案。结果表明，通过优化集管温度，使系统中通过减温减压阀的蒸汽流量减少了86.2%。
　　(3)为了降低优化模型的规模和复杂程度，根据多个相互连接蒸汽动力系统的特点，本文建立了一个分步优化模型，并将该模型用于一体化项目蒸汽动力系统设计。结果显示，相比考虑集管温度的同步优化模型，分步优化模型获得的设计方案中通过减温减压阀和凝汽透平的的蒸汽流量分别减少了30.8%和13.9%。
　　(4)在乙烯厂和炼厂SUSs中有大量蒸汽通过凝汽透平，造成了系统热效率的降低。为了解决这个问题，除电动机和蒸汽透平外，在SUSs中考虑燃气轮机驱动。将考虑燃气轮机驱动的分步优化模型用于一体化项目蒸汽动力系统设计。结果显示，选用燃气轮机驱动后，炼厂SUS中通过凝汽透平的蒸汽流量减少了60.9%。