本发明涉及一种天然气集输管道泄漏模拟装置及模拟方法。该模拟装置包括模拟管道，设有进气口、放空口和至少一个泄漏孔；供气系统；放空系统；传感器单元组，设有多个，沿模拟管道的轴向分设在泄漏孔处以及泄漏孔两侧，包括沿径向依次间隔布置的多个传感器单元环，各传感器单元环均包括环绕模拟管道周向布置的多个传感器单元，传感器单元包括温度传感器和浓度传感器的至少一个。在泄漏孔附近的空间内按照特定方式布置若干个传感器单元而在泄漏孔附近形成一个泄漏监测区域，传感器单元可根据测试需要选择温度传感器和/或浓度传感器，从而对泄漏孔附近的三维温度场和/或有毒气体扩散场进行监测，对监测技术的选择进行指导。