本发明公开了一种混合制冷剂集成氮膨胀循环的海上天然气液化系统，包括天然气液化管路和天然气液化装置，天然气液化装置包括混合制冷剂循环系统和氮膨胀过冷循环系统，本发明预冷和液化部分采用了混合制冷剂液化，深冷部分采用了氮膨胀制冷工艺，缩小了预冷和液化循环中的平均换热温差，提高了冷能利用率；混合制冷剂循环系统的制冷剂选用了氮气、甲烷、乙烷等轻烃类制冷剂混合物，提高了液化效率。相比于传统的氮膨胀液化系统，大幅提高了整个液化系统的液化效率，而且也比传统的SMR工艺相比提高了单线产能。此外，该液化系统设计可以在混合制冷剂循环系统里不使用丙烷制冷剂，降低海上用天然气液化工艺装置的安全性风险。