蒸汽动力系统是过程工业的重要组成部分，它的安全、稳定运行是企业安全、稳定、长周期运行的基础。随着经济的发展，能源形势越来越严峻，如何提高蒸汽动力系统的设计水平、运营和控制性能，进一步改善炼油企业的生产和管理效率，降低生产成本和能耗，是一项非常有意义的研究工作。本文首先分析了炼油企业蒸汽动力系统的运营和设计现状，指出了论文的研究意义和方向；其次以过程工业功能层次模型和流结构理论为指导，建立了蒸汽动力系统各层次结构模型；接下来分别建立了蒸汽动力系统运营优化和多周期设计优化数学模型，并在此基础上研究了蒸汽动力系统的柔性设计；最后实现了蒸汽动力系统优化运营与柔性设计计算机辅助平台框架结构的构建和原型软件的开发。 系统的分析与优化离不开对系统的结构和活动的认识，实现蒸汽动力系统多层次集成建模对于加深蒸汽动力系统的认识，指导蒸汽动力系统的各项活动，实现炼油企业能量系统总体优化至关重要。本文提出了炼油企业蒸汽动力系统多层次集成建模体系结构，建立了蒸汽动力系统功能层次模型、物理结构模型、流对象模型、活动模型和设备数学模型，阐明了组成蒸汽动力系统的各设备结构、蒸汽动力系统同工艺过程系统之间的关系以及组成蒸汽动力系统的各种流对象的组成和结构层次关系，描述了炼油企业蒸汽动力系统运营优化层次活动及相应子活动之间的联系和逻辑关系，为后续建模优化工作奠定了基础。 工艺过程加工量、产品方案、气候和季节的变化以及各不确定性变化等因素导致外界对蒸汽动力系统的汽电需求处于动态的变化过程中，给实际优化运营管理带来了极大困难。本文在深入分析炼油企业蒸汽动力系统运营层次活动特点的基础上，分别建立了确定性参数条件、不确定性参数条件和集成管网模拟的蒸汽动力系统运营优化模型并开发了相应的求解算法，不但对炼油企业蒸汽动力系统的运营管理有非常重要的指导意义，而且为蒸汽动力系统的改造指明了方向，为系统的设计投资决策层次活动集成建模的展开提供了理论和实践依据。 蒸汽动力系统的优化设计是一项从全局的角度出发进行的、多方面的、复杂的系统的工程，在整个蒸汽动力系统的活动中处于非常重要的地位。本文在综合运营层次研究工作和前人工作的基础上，提出了蒸汽动力系统多周期优化设计与综合的一般策略和系统方法，引入了基于热力学分析的启发式方法和备选设备负荷离散化的方法，大大缩小了问题的规模和降低了求解难度，建立了确定性需求条件下多周期设计与运行协同优化的数学模型，提高了系统的能量利用效率和经济性。除了经济性目标外，蒸汽动力系统的另一个更重要的评价指标是可操作性，系统各种确定性和不确定性条件的变化导致传统的设计模式可操作性差。本文提出了蒸汽动力系统柔性设计策略，即在确定性条件下优化设计建模工作的基础上，充分集成工艺过程能量系统的设计以提高蒸汽动力系统的柔性，将蒸汽动力系统设计层次的不确定性变化因素进行分类处理，深入挖掘各种不确定性因素的变化规律，摈弃传统预测方法误差过大的缺点，建立柔性设计模型并开发了求解算法，最后给出了实例应用，实现了可操作性和经济性的最优权衡。 采用“统一过程”方法，对炼油企业蒸汽动力系统优化运营和柔性设计计算机辅助平台进行了功能需求分析和逻辑设计，阐述了辅助平台的数据结构模型，在MicrosoftVisual Studio．Net环境下，采用C＃语言开发了原型软件SPSOpti，并在某炼油企业实现了运营层次的初步应用。