天然气处理装置用以对天然气进行脱水、脱硫、脱烃等净化处理,并回收液化气、轻烃等高经济价值产品。塔里木轮南作业区40万天然气处理装置担负着作业区中伴生气和不凝气的处理任务,并回收其中的液化气和轻烃产品。但在生产运行中发现该装置存在有液化气收率低下、脱丁烷塔运行异常、放空火炬黑烟严重的问题。针对上述问题,本文以提升液化气收率、降低运行能耗为优化目标,在文献调研的基础上,选用HYSYS化工过程模拟软件对装置进行运行模拟研究,并以模拟模型为基础采取案例研究法对装置的过程参数进行优化分析。本文选用PR状态方程作为热力学计算方法,并在HYSYS中完成了装置进料物流模型的建立以及多级压缩机、分离器、换热器、空冷器、塔等单体设备模型建立,对于缺乏机理模型的分子筛脱水过程编写了HYSYS能耗计算模块,最终以序贯模块法完成了装置全流程建模并验证其可靠性。在全流程模拟模型的基础上,对脱乙烷塔的塔压、重沸器温度及塔顶主进料温度进行优化分析,以提高其液相C3收率,增大至脱丁烷塔的液相流量。再对脱丁烷塔重新设计塔压、塔顶冷凝温度、重沸器温度、回流比等运行参数,提高装置的液化气收率。在整个分析过程中,同时考虑装置压缩单元及制冷单元的用能优化以降低系统运行能耗。就此得出全系统的理论优化运行方案。理论优化方案在现场实施中,由于存在丙烷机组性能老化及系统热量损失严重导致不能达到推荐方案中的最低温度,利用通过加大压降以获得更多冷量对方案进行调整。运行结果显示,调整后的方案将系统液化气收率从27.29%提高到52.5%,液化气产量提高9.5t/d。方案中还通过降低丙烷机组压缩机出口压力以及脱乙、丁烷塔重沸器温度,达到节能降耗的目的。