换热网络优化设计是过程系统工程(PSE)的重要研究领域,对于工业节能减排具有重大的意义。一直以来,传统换热网络优化设计主要以换热面积、公用工程费用和年度总费用等经济性指标为目标。然而,随着资源和能源可持续发展步伐的不断加快,人们不再仅仅关注换热网络的经济性指标,同时开始致力于对柔性、可靠性、可操作性、安全性和环境影响度等指标的研究。近年来,虽然考虑多个目标函数的换热网络优化设计得到了发展,但是进行换热网络经济性和可靠性多目标优化的研究还较少。因此本论文基于换热网络的系统可靠性模型和换热网络综合分级超结构模型,建立了以经济性和系统可靠性为目标函数的多目标数学模型,并利用NSGA-Ⅱ(第二代非支配排序遗传算法)算法对数学模型进行求解,从而得到换热网络的经济性和系统可靠性同步权衡协调的优化解集。建立了包含经济性和系统可靠性为目标函数的换热网络MINLP(混合整数非线性规划)多目标优化数学模型。冷热流股之间通过分流的方式相互匹配,改进了模型中有关于流股等温混合的假设,并且模型不依赖于夹点技术。以年度化费用作为换热网络的经济性目标函数,主要包括公用工程费用和换热设备费用。以换热网络中换热器的连接方式评估换热网络的系统可靠性,通过换热网络的连接矩阵识别出换热网络的最大不相关子系统,最大不相关子系统是换热网络系统的最薄弱环节,通过最大不相关子系统中换热器的个数评估系统可靠性。开发了利用NSGA-Ⅱ算法进行换热网络多目标优化的程序。提出了可行有效的初始可行解的产生策略以及不可行解的修复策略。优化的变量有冷、热流股的热容流率和热负荷,同时通过系统可靠性目标寻找优化的换热网络结构。设计了适应于本论文所建立的多目标换热网络模型的进化算子,包括快速非支配排序、精英保留策略以及拥挤度比较算子等。在种群遗传进化过程中,保留在不同系统可靠性下,年度总费用较低的个体。将提出的优化策略和算法应用于3个不同规模的换热网络综合案例的多目标优化中。运用所提出的换热网络多目标优化求解策略,对三个不同规模的案例进行求解,分析了三个案例的经济性和系统可靠性之间的关系。三个案例都搜索出与文献所优化出的年度总费用相近,但可靠性相对比较高的解,选出的典型优化解和文献结果对比如下:案例1同时优化了年度总费用和系统可靠性,年度总费用降低了2.91%,系统可靠性提高8.42%;案例2在经济性牺牲2.87%的基础上将可靠性提高了8.42%;案例3在经济性牺牲1.88%的条件下将系统可靠性提高24.89%。因此经济性和可靠性两个目标函数可以相互协调并同时优化,从而验证本论文提出的从多目标同步优化角度进行换热网络经济性和系统可靠性优化策略的有效性。本论文优化的权衡经济性和系统可靠性目标函数的解集可以为决策者提供决策依据和多种选择,并且这种策略可以应用到包含其他目标函数的多目标优化,如可操作性、环境影响度和安全性等。