乙烯是石油化工生产有机原料的基础，乙烯产量是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。近年来我国乙烯工业得到飞速的发展和进步，但目前仍然存在效率较低、能耗过大等问题，我国的乙烯工业仍有较大的发展空间。目前在乙烯装置常使用的深冷系统有复叠制冷系统和混合冷剂制冷系统，其中混合冷剂制冷系统主要有二元制冷和三元制冷，本文将重点对乙烯装置中的深冷系统进行分析和优化。本文首先分析某200kt/a乙烯装置中的用冷需求，将乙烯装置的深冷分离过程分为变温冷却过程和定温冷凝过程，变温冷却过程指的是裂解气的预冷过程，定温冷凝过程指的是乙烯装置中各塔塔顶冷凝器中的换热；再分析乙烯-丙烯复叠制冷系统的换热集成曲线，可知在裂解气的预冷阶段，冷热物流换热温差较大。故提出一种组合制冷系统，它集成了纯工质复叠制冷和混合冷剂制冷，在各塔塔顶冷凝器中的换热采用纯工质复叠制冷系统，多元混合冷剂制冷系统为乙烯深冷分离的变温换热过程提供冷量。并用AspenPlus软件对混合冷剂系统进行建模，采用遗传算法优化，得到了节能21.9%的优化结果。混合冷剂制冷系统相比于纯工质制冷系统更适用于大温程变温降温过程，在一定的蒸发压力下，通过调整混合冷剂的配比，可以使冷热物流曲线匹配得更好，尽可能减小换热温差，减小换热过程的不可逆损失；还可以简化设备，节省投资。针对混合制冷剂换热过程复杂的特点，采用广泛应用的Chen公式和Shah公式计算混合冷剂的沸腾换热系数和冷凝换热系数，并将两组公式联立迭代求解计算乙烯塔顶冷凝器中乙烯蒸气与三元冷剂的换热过程。分析结果可知，混合制冷剂沸腾换热在干度较小时换热系数小，在干度较大时换热系数大。混合制冷剂的强制对流换热系数在流动沸腾换热系数占主导作用。某乙烯装置的深冷系统采用了三元冷剂制冷系统。本文针对该装置目前运行存在的乙烯塔压过高等问题进行分析，并提出串并联方式增设乙烯塔顶板翅式冷凝器的改进方案，较好的解决了现有的问题，能使乙烯装置高效稳定安全的运行。