天然气液化工业在我国随着能源形势的变化以及科技的发展，其在能源结构中的地位日趋重要，然而，天然气液化流程复杂庞大，各个部件之间的性能相互影响显著，整体运行最优化调节难度大，同时，由于天然气液化采用混合工质制冷循环，其还存在以下问题：天然气液化流程庞大，制冷剂的充灌量需根据流程中各部件及其工作状态进行计算。由于换热复合曲线的匹配问题，换热器中的火用损失较大，导致制冷的效率较低。混合制冷剂的组分以及压缩机进口的状态参数对离心式压缩机的性能有着显著的影响，在实际操作过程中，任何参数的变化都有可能导致压缩机的低效或失效，影响系统的正常运行。本文主要针对天然气液化流程中的制冷剂充灌量、离心式压缩机性能预测以及换热器换热特性等相关问题进行模拟及实验研究。通过对典型制冷循环的实验模拟，在传热学理论基础上建立循环系统的制冷剂充灌量计算模型，并与实验数据进行对比验证模型的准确性，得出冷凝器中制冷剂积存质量所占比例最大，是总积存质量的55%~64%，而蒸发器制冷剂积存质量所占比例为17%~32%。离心式压缩机是天然气液化循环中耗功部件，压缩机的性能调节也将影响到整个液化流程的运行状况。本文通过建立压缩机性能预测计算模型，分别将不同制冷剂组分及压缩机进口状态参数作为变量进行预测分析，得出压缩机的性能变化趋势。天然气液化工艺流程中，换热器是产品生成的核心部件，也是整个流程中最为复杂的部分，换热器中的换热匹配优化以及能耗降低成为液化流程优化的核心问题。本文重点利用Aspen Plus对混合工质制冷循环中的换热部分进行了流程模拟，对两种大型天然气液化流程建立模拟流程，分析发现：换热器中的理想换热温差为5°C~10°C，而在实际运行中，A厂的换热温差在12°C~18°C之间，而B厂的平均换热温差分别为17.1°C、34°C和27.5°C，将设计工况与实际运行工况进行比较得出运行问题产生的原因，并提出改进运行的相关建议。