随着我国国民经济的飞速发展,对能源的需要量也越来越大。我国石油资源相对短缺,石油对外依存度已高达50％,能源形势相当严峻。炼油企业在生产能源的同时,也消耗大量能源。我国已把炼油企业能量系统优化列入国家“十一·五”十大重点节能工程中。可见,在当前能源形势下,研究炼油企业能量系统集成策略和优化方法,对炼油企业实现节能减排目标具有重要的理论和现实意义。本文分析了我国炼油企业能量利用现状及节能降耗取得的成绩,提出以提高中间物流出料温度为契机将炼油企业从单套装置节能推向全局系统能量优化的战略思路和系统方法。本文提出的方法与策略对炼油企业展开新一轮的节能降耗具有非常重要的指导意义。 本文以过程系统的“三环节”理论为指导,描述了换热网络在过程系统中的作用和地位,建立了换热网络的能量平衡和拥平衡模型。根据上述模型,分析了中间物流在上、下游装置中重复“冷却-加热”的炯损耗过程,研究了最优出料温度规律,并建立了多换热网络优化合成的火用济目标函数。该优化目标以年度化的总费用最小为目标,包括年度能耗费和年度投资费；年度能耗费包括换热网络的热火用损费、冷却火用耗费和流动火用损费；投资费用主要指换热单元与跨装置热匹配管线年投资费用之和。多换热网络(火用)经济目标函数的可分解性为后续研究工作奠定了基础。 通过分析换热网络在炼油企业各装置中设计与运行的特点,阐述了多换热网络协同优化的观点,提出了热出料导致上、下游换热网络结构改变的优化策略,结合夹点分析法同步优化与改造多装置换热网络,建立了多换热网络协同优化改造数学模型,并运用遗传-模拟退火算法对模型进行求解。利用热出料改变上、下游装置能量匹配关系的契机和能源价格高涨的条件,进一步深化了工艺装置、换热网络等各环节用能,以及推动了低温热、蒸汽动力系统等的全局优化。本文提出的研究策略和系统方法,不但对炼油企业装置间优化改造有非常重要的意义,而且对装置间的能量系统优化设计具有指导意义,为多换热网络协同优化研究的展开提供了理论和实践依据。 通过分析中间物流热出料对上、下游装置用能影响,结合炼油企业生产运行的特点,提出人工智能与数学规划相结合的研究方法。通过对热出料所受到的各装置工艺限制条件、各股物流跨装置匹配策略、换热器类型选择等因素的详尽分析与总结,建立了多换热网络集成优化的专家系统,该系统包括工艺限制条件专家库、换热器类型选择专家库、换热网络超结构专家库、跨装置热匹配管线选择专家库。在专家经验规则基础上,建立了多换热网络优化合成数学模型。通过人工智能法把专家经验规则引入目标函数中,并运用遗传-模拟退火算法对模型进行求解。最后,将该模型及其优化策略应用到某炼油企业的常减压与催化裂化装置换热网络协同优化设计案例中,取得了较好的效果。本文分析了多换热网络柔性设计的紧迫性和特殊性。依据热集成的装置间存在不同步开停工时,换热网络需要进行调整以适应其操作,提出对多装置换热网络进行多周期设计。根据专家经验规则对换热物流分流,在此基础上建立了非等温混合的多换热网络的多周期优化设计数学模型。针对某些换热器在某个周期内不操作的问题,采用二元变量对旁路阀门的开启进行约束,以达到设计的网络系统能满足装置间集成操作及各装置单独操作的多目标性。应用遗传-模拟退火算法对模型进行了求解。最后将该方法应用到实际案例中,对模型和算法进行了验证。