伴随着经济社会的快速发展和对环境的保护,天然气正逐渐代替煤炭成为新能源,这不仅提供了生产和生活的便利,同时也带来了相应的风险。天然气的使用主要是通过管道进行输送,由于管道连接不严、腐蚀穿孔、人为管理失效等因素,加之天然气中的主要成分为甲烷,在泄漏初期如果不能及时和准确的检测发现,长时间泄漏就容易发生着火和爆炸,可能产生人员伤亡的重大事故和国民经济的巨大损失。因此,针对高压管道气体微量泄漏的问题,展开理论和技术上的研究,对输气管道和生命财产的安全和保障,具有非常重大的现实意义。本文是运用光谱学基础知识、流体动力学、运动学来研究和分析输气管道泄漏扩散的规律和TDLAS技术以及检测性能。首先综合比较几种气体常见检测技术和TDLAS技术的研究现状,分析TDLAS技术用于气体检测的理论基础和吸收原理,重点研究和确定了甲烷气体的检测谱线,介绍了谐波检测技术的原理和二次谐波的选择;其次,根据流体力学知识,提出了输气管道内气体流动的基本方程,研究并讨论了管道气体稳态和动态的泄漏模型,研究出管道内气体流动的两种状态以及将孔径比作为不同泄漏模型的判定依据;再次,建立了天然气的扩散模型,确定了影响扩散的因素和扩散系数,同时对实际的管道气体泄漏扩散的危险区域进行计算和分析,为后期应急救援提供定量分析依据;最后,对TDLAS系统进行性能测试,包括总体设计和搭建TDLAS系统,并利用二次谐波信号强度来计算泄漏气体的浓度,对系统从最低检测极限、重复性和稳定性、响应时间三方面进行性能分析,根据实验得到的数据说明TDLAS系统满足对微量泄漏气体高准确性、高灵敏性的检测要求。本文是利用TDLAS系统对高压管道气体微量泄漏进行检测,从理论分析到泄漏扩散模型的建立,以及系统的性能检测。相比于其他光学检测技术,TDLAS技术在检测微量泄漏气体方面具有高灵敏度、高选择性和高可靠性的优势,使得非接触式检测技术有了一个新的思路和借鉴,为今后长距离输气管道的微量泄漏检测试验和系统性能的改进提供了重要的参考价值和指导意义。