在现代炼油企业中，拥有多支路的管式加热炉是最常见的装置之一，同时，对于企业来说，其也是最大的耗能装置。随着技术的进步和控制理论的持续发展，通过对于控制的改进来实现对现存的装置控制方案的优化，从而提高装置的安全系数和经济效益，是提高企业效益的重要手段。本文中，针对炼油厂管式加热炉装置，研究通过综合优化与控制的方法，力求达到提高加热炉的热效率和改善管式加热炉控制的目的。1、针对炼油厂多支路多燃烧喷嘴的管式加热炉的热效率测定进行了归纳。首先对炼油厂多支路多燃烧喷嘴的管式加热炉效率计算中所遵循的行业标准、公式法则进行了描述，然后，总结了加热炉热效率测定过程中，需要测量的各个变量及在测定中需要注意的事项，最后，描述并总结了加热炉热效率测定中涉及的热焓的计算问题及其回归公式。2、针对多支路多燃烧喷嘴的管式加热炉热效率测定过程中，需要测量的变量比较多，不利于其热效率在线实时监视的特点，提出了基于过剩空气系数和空气进出入炉膛温度差值的多支路多燃烧喷嘴的加热炉热效率模型。根据提出的加热炉热效率模型和现存的加热炉热效率数据，通过PSO优化算法，找到了热效率模型中各个优化因子的参数。对于含有四个优化因子的加热炉热效率模型，我们通过基本的PSO算法，能够达到比较满意的优化因子参数，对于含有九个优化因子的加热炉热效率模型，我们利用HPSO算法，得到了令人满意的加热炉热效率模型优化因子参数。3、对于管式加热炉监控过程中的热效率实时监视和氧含量控制问题，提出了基于本文中所介绍的加热炉热效率模型的热效率实时监控系统和氧化量控制系统设计方案。对于加热炉热效率实时监控系统，提出了在现有加热炉DCS控制系统之上的系统设计方案，从而实现加热炉热效率实时在线的显示在DCS系统操作站。对于氧含量控制系统，提出和仿真了利用加热炉热效率模型，针对不同的工况，改变加热炉氧含量设定值，从而达到加热炉能够一直安全，高效运行的目的。4、针对管式加热炉控制过程中，存在的支路平衡问题，研究和比较了加热炉支路平衡控制的偏差控制技术和多偏差控制技术。对于偏差控制技术和多偏差控制技术在四支路加热炉系统中的应用，进行了仿真，取得了比较满意的结果，能够在满足多支路加热炉的总流量保持不变的基础上，实现多支路加热炉各个支路的温度出口温度保持统一的控制。5、针对支路平衡控制问题，在偏差控制技术和多偏差控制技术的基础上，总结他们的优点和不足，提出了基于广义补偿的加热炉热效率控制方案。文章中，给出了广义补偿控制技术的理论证明和控制器设计方法，对于广义补偿控制技术在四支路加热炉系统中的应用，进行了大量的仿真实验，并与偏差控制技术和多偏差控制技术，进行了比较说明。