空气分离类成套装备是典型的由多工艺、多机组、多变量组成的复杂系统。围绕复杂空气分离类成套装备在超大型低能耗设计方面的技术难题,提出了超大型化空分装备工艺-结构-能耗关联设计方法。提出了关键机组能耗与工艺结构参数耦合关联方法。提出了关键工艺结构设计参数与能耗的全局敏感性计算方法,实现了不同工艺结构设计参数对流动损失影响的重要程度排序。提出了关键工艺结构设计参数与流动损失的交互敏感性计算方法,进行了结构参数与能耗的变关联分析,找到了从小型空分到大型空分需要重点研究的设计参数。建立了关键机组设计中具有变关联特性的强耦合变量与能耗的耦合设计模型。提出了超大型空分装备关联设计模型解耦与简化方法。提出了基于多重耦合度的设计模型解耦方法,实现了以聚合度最小为目标的复杂设计模型解耦。提出了基于奇异摄动理论的模型等效与简化方法,降低了设计模型的复杂度。构建了用于能耗分析的空分装备工艺-结构-能耗多变量综合设计域。提出了超大型机组多单元联动的组合关联设计方法。实现了多股流换热器的工况参数、通道布局、翅片结构与换热器换热性能间关联计算与多工况通道布局优化设计,提高了换热器在多工况下的换热性能,降低了能耗。