换热网络的运行过程中,由于扰动的存在,其设计须满足柔性及稳定性等要求。有研究者提出多种换热网络的柔性分析和设计方法,这些方法大多针对过程系统的稳态特性。为此,在换热网络的设计之初有必要考虑过程系统的动态特性,以及动态特性对过程系统设计的影响。过程系统的动态特性分析方法可分为时域分析方法与频域分析方法,时域分析方法应用较多但注重考虑系统的瞬时响应而频域分析方法不仅与瞬时响应对应,同时考虑到过程系统的安全性要求即稳定性要求。频域的稳定裕度可以定量体现过程系统的稳定性并直接指导控制系统的设计。基于柔性设计的换热网络能够满足操作的需求,但柔性区域内可能存在不稳定的部分,因此换热网络的柔性设计有必要考虑过程系统的稳定性。另一方面,在换热网络设计之初将留出一定的面积裕量,以满足柔性和动态控制需求。换热网络面积裕量设计与稳定性分析将影响系统动态特性,关乎系统能否安全的运行。因此,面积裕量设计有必要兼顾经济性、柔性和稳定性。本文以逆回差阵奇异值法和奈奎斯特曲线为基础,分析换热网络系统稳定裕度、柔性以及换热面积三者之间的关系。并利用频域分析方法求解换热网络的稳定裕度,提出一种基于频域设计方法的换热网络面积裕量优化方法。在换热网络的裕量设计基础上,考虑到过程系统的持续节能优化,旁路控制方案被普遍采用。对于过程控制系统设计,近年来有研究者提出基于频域的控制系统设计方法,并指出这一方法适用于研究大时滞、复杂的过程系统设计。换热网络是典型的大时滞、复杂过程系统。以频域相对增益阵为基础,选择合适的旁路位置,并设计控制器参数,使控制系统在可行的稳定裕度内。最后,以文献中的简单换热网络及原油换热网络为例,通过对换热网络仿真验证了提出的考虑稳定裕度约束的裕量设计方法及旁路控制系统设计方法能够实现在满足稳定性的同时经济效益与控制性能的优化。