世界能源的紧张局势和人们对生态环境的重视，促进了天然气产业的蓬勃发展。我国也大力开展天然气产业的建设，其中最主要的就是对天然气管道的铺设。管道运输是天然气主要运输方式之一，目前全国已建成天然气管道总里程达60000千米。天然气管道中蕴含着巨大的压力能，但目前国内调压站并未加以回收。若采用适当的工艺流程和设备，将这部分能量转换为冷能和机械能加以利用，符合国家节能减排的基本政策，意义重大。本文以国内首个天然气压力能发电-制冰系统的示范工程项目为研究背景，对该项目的工艺流程和关键设备进行探讨，对项目单机调试和工艺联调中出现的问题进行分析，主要体现在透平膨胀机转速过高导致的润滑油系统油温过高，油系统连锁控制较高造成的装置运行灵活性不够，油泵能耗较大及压缩机负载造成的电流不稳等现象，为系统的优化指明了方向。针对上述问题，本文在对螺杆膨胀机和星旋流体马达的工作性能进行比选分析后，得出在使用替换设备星旋流体马达后，整套工艺系统的火用效率为42.6%，发电量为120kW。虽然改进方案火用效率和发电量下降，但由于动力设备转速下降而使得整体运行费用和操作难度大幅下降。在此基础上，将原工艺流程调整为星旋流体马达直接带动压缩机连轴运转。采用该优化后的方案后，项目投资为480万元，投资回收期为7.42年。最后，本文通过技术经济性分析和操作弹性分析，论证了该优化方案的合理性和优势所在。