在全球天然气的能源改革的大势所趋下,国内天然气产业也在高速发展,各大燃气企业在不断开拓天然气管网的同时也对天然气智能化管网提出了更高的要求。然而,目前的天然气智能化管网在定点数据监测远传方面依然存在问题,偏远地区调压站、调压箱/柜依然存在缺电少电现象,管网完整性管理存在能源缺失。为此,本文针对小型调压站、调压箱/柜,提出了天然气管网压力能利用的微型化工艺并进行装置的设计及研究。本文论述了偏远地区的调压站、调压箱/柜的工况背景和用电需求,并针对调压站、调压箱/柜分别设计了天然气管网压力能利用的微型化外置和内置工艺,并对其关键设备的主要技术参数进行分析。其次,在设计天然气管网压力能利用的微型化工艺的基础上,进行了更进一步的研究。其中,对微型化外置装置进行了管网系统和供电系统的系统协调性分析,结果表明该装置进出口天然气的压力和温度变化较少,且流量不到调压站总流量的1%,能与原有调压系统进行无缝衔接;另外,发电装置供蓄电池充电时,发电机输出电压保持在24.5-27.4V范围内,电流变化范围为6-7.5 A之间,上下波动仅为10%左右。然后,本文对天然气管网压力能利用的微型化内置装置进行了fluent流体模拟,在叶轮模型中,其叶片数以及叶片与轴线的夹角均会影响模型的发电功率,由数值模型分析可得,当叶片数取9、叶片与轴线夹角取60°时,叶轮模型能得到最优的发电功率。同时针对叶轮模型进行实验分析,结果发现装置中叶轮与轴线的夹角与叶片数均会对叶轮发电功率造成影响,当流量在1500 Nm~3/h以上时,轴线夹角达到60°的叶轮发电功率比45°时的功率提升30%以上;叶片数为9的叶轮装置,其最大发电功率为叶片数为5的2.9倍,与叶轮模型的结果相符。最后,以国内某调压箱为工况背景,对天然气管网压力能利用的微型化内置工艺进行了系统方案设计,并对该方案进行了工艺流程设计、关键设备选型、系统操作弹性分析和投资成本分析。结果表明:方案中2000 Nm~3/h、0.4 MPa的高压天然气降压到0.1MPa,输出功率200 W左右,能满足调压箱/柜的用电需求。