本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、流動化學(xué)(flow?chemistry)，也被稱為連續(xù)流(continuous?flow)化學(xué)，是一種在連續(xù)流動的流體中進行化學(xué)反應(yīng)的過程。不同的反應(yīng)物被泵入混合器后流至溫度、壓力等反應(yīng)條件受控的管路、管道或者微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器中直至反應(yīng)完成。在實驗過程安全方面，與傳統(tǒng)的標準分批化學(xué)方法(即batch技術(shù))相比，流動化學(xué)技術(shù)(即flow技術(shù))具有幾個顯著的關(guān)鍵優(yōu)勢：

2、1、本質(zhì)安全，由于反應(yīng)器內(nèi)試劑量小、傳熱傳質(zhì)好，所以放熱放氣較溫和。

3、2、反應(yīng)條件能精確控制，特別對于高溫高壓。

4、3、能提供間歇反應(yīng)器無法實現(xiàn)或難以操作放大的反應(yīng)條件，如光化學(xué)、超高溫、電化學(xué)、微波、超聲等。

5、相比分批化學(xué)反應(yīng)，流動化學(xué)在反應(yīng)過程工藝上做了安全提升，但流動化學(xué)本身在實驗操作中仍有一定安全風(fēng)險，如固體堵管導(dǎo)致爆管、蠕動泵頭管老化爆管、柱塞泵密封圈失效泄漏、氫氣泄漏、紫外光泄漏、金屬試劑觸氧燃燒、試劑在柱溫箱內(nèi)燃燒甚至閃爆等。

6、當(dāng)前，流動化學(xué)實驗操作以化學(xué)家零散組裝實驗裝置、手動操作設(shè)定控制設(shè)備、肉眼觀察實驗現(xiàn)象為主，一方面對于反應(yīng)過程參數(shù)變化的監(jiān)督不夠全面、連續(xù)和深入，另一方面若出現(xiàn)異常也很難快速做出判斷并準確、完整的執(zhí)行應(yīng)急操作。此外，由于強依賴人的觀察、經(jīng)驗和操作，不同人、甚至同一人在不同時間，都有參差不齊的工作水平和狀態(tài)。即使個別設(shè)備具備報警停機功能，但只限于其個體，無法與其它儀器設(shè)備、乃至整個實驗室環(huán)境、水電氣等公用工程產(chǎn)生聯(lián)動，不能實現(xiàn)安全保障最大化。

7、因此需要基于實驗過程的“人機法料環(huán)”五大基本因素，對各項參數(shù)和情況進行自動化監(jiān)督，能提前預(yù)警判斷，在發(fā)生異常時自動對相關(guān)設(shè)備執(zhí)行標準聯(lián)鎖操作，并做提醒和記錄，現(xiàn)有技術(shù)對于流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控存在以下缺陷有待改進；

8、1)安全監(jiān)督參數(shù)少：

9、除了化學(xué)反應(yīng)的核心工藝參數(shù)—溫度外，flow技術(shù)由于試劑在管道內(nèi)流動，所以實際流速、體系流程中不同位置的溫度、壓力等過程參數(shù)對于反應(yīng)的安全進行也非常關(guān)鍵。目前實驗室仍以玻璃溫度計、機械式壓力表等傳統(tǒng)檢測手段為主。若涉及光反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)等特殊反應(yīng)條件，對光強(可能由于led燈柱熱效應(yīng)導(dǎo)致光衰減而發(fā)生變化)、電流(可能由于反應(yīng)物在電極柱表面沉積而導(dǎo)致電流強度發(fā)生變化)等核心反應(yīng)條件更是沒有監(jiān)測。

10、2)反應(yīng)失控依賴人工判斷：

11、目前是化學(xué)家對儀表測量情況和肉眼觀察情況進行綜合判斷，依賴工作經(jīng)驗，容易出現(xiàn)誤判甚至漏判，導(dǎo)致即使馬上執(zhí)行應(yīng)急操作，也無法完全中止事故發(fā)生。另外也需要化學(xué)家長時間在通風(fēng)櫥前值守，費時費力。

12、3)與其它相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)無法聯(lián)控：

13、現(xiàn)有設(shè)備即使有超限報警停機功能，也只能關(guān)閉自身，一般無法將報警信號傳遞給其它設(shè)備或系統(tǒng)，更無法協(xié)同進行應(yīng)急動作。

14、4)缺乏自動化的應(yīng)急操作手段：

15、目前發(fā)現(xiàn)異常后的應(yīng)急操作，完全由化學(xué)家手動執(zhí)行，既要求當(dāng)事人熟悉完整、標準的操作流程，掌握每臺相關(guān)儀器控制，也要求有臨危不亂的過硬心理素質(zhì)。另外人與危險源處于同一環(huán)境，存在相當(dāng)大的安全風(fēng)險。

16、5)事件記錄依賴人工：

17、相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄依賴人工，往往由于各種主客觀因素，出現(xiàn)漏記或錯記的情況，影響事件真實回溯，若對異常的處理不夠徹底更是埋下隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在
技術(shù)實現(xiàn)要素：
部分中引入了一系列簡化形式的概念,該簡化形式的概念均為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)簡化，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能根據(jù)實時流動化學(xué)實驗過程安全相關(guān)參數(shù)和參數(shù)變化趨勢對流動化學(xué)實驗過程進行安全監(jiān)控的系統(tǒng)及方法。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

4、多個傳感器，分別布置在被監(jiān)控實驗裝置上，用于實時采集流動化學(xué)實驗過程安全相關(guān)參數(shù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；各傳感器根據(jù)其采集參數(shù)布置在流動化學(xué)實驗設(shè)備的相應(yīng)位置；傳感器實時獲取的被監(jiān)控實驗設(shè)備運行過程信息，如溫度、壓力、流量等，轉(zhuǎn)化為電信號傳輸至數(shù)據(jù)處理單元；

5、數(shù)據(jù)處理單元，其接收傳感器數(shù)據(jù)，對傳感器數(shù)據(jù)進行預(yù)處理形成標準化數(shù)據(jù)發(fā)送至邏輯判斷單元；預(yù)處理包括除雜、濾波、量綱統(tǒng)一等；

6、邏輯判斷單元，對標準化數(shù)據(jù)進行程序異常判斷，將判斷結(jié)果輸送至執(zhí)行模塊，若程序正常則結(jié)束流程，若程序異常則繼續(xù)根據(jù)實驗程序的執(zhí)行情況來判斷是否能恢復(fù)實驗程序，若無法恢復(fù)實驗程序則進入應(yīng)急措施和/或人工介入干預(yù)。

7、執(zhí)行模塊對被監(jiān)控實驗裝置進行應(yīng)急操作，如h2管路泄露則停反應(yīng)裝置、停氣源、加大排風(fēng)等等；相應(yīng)的，過程控制系統(tǒng)其收到安全監(jiān)控系統(tǒng)的動作執(zhí)行信息后，也會驅(qū)動執(zhí)行模塊執(zhí)行相應(yīng)的其它操作，如啟用備用氣源，保障其它實驗設(shè)備的繼續(xù)運行等

8、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，判斷是否能恢復(fù)實驗過程包括：

9、若是正常操作引起程序異常，則第一次延時后再次判斷引起程序異常的被測變量是否恢復(fù)正常；若不是正常操作引起，則進入應(yīng)急措施；

10、若第一次延時后恢復(fù)正常，則結(jié)束監(jiān)控；若第一次延時后沒有恢復(fù)正常，判斷出現(xiàn)了安全異常，進入應(yīng)急措施；

11、進入應(yīng)急措施經(jīng)第二次延時后判斷引起程序異常的被測變量是否恢復(fù)正常；若恢復(fù)正常則結(jié)束監(jiān)控；

12、若沒有恢復(fù)正常，則人工介入干預(yù)。

13、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，邏輯判斷單元還將安全相關(guān)參數(shù)的原始信號和標準化數(shù)據(jù)發(fā)送至中央控制系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫保存，還將判斷結(jié)果發(fā)送至過程控制系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)根據(jù)邏輯判斷單元的判斷結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)預(yù)設(shè)操作。

14、原始信號、標準化數(shù)據(jù)及執(zhí)行指令以結(jié)構(gòu)化變量的形式實時傳輸至歷史數(shù)據(jù)庫保存。數(shù)據(jù)庫為冗余備份，并且有權(quán)限管理，能對操作賬戶的登錄、瀏覽進行記錄，以防備查

15、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全相關(guān)參數(shù)包括：流量、溫度、壓力、氧氣濃度、漏液檢測、可燃氣體檢測、有毒有害氣體檢測、通風(fēng)設(shè)備檢測和人員檢測。

16、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，程序異常判斷包括：

17、根據(jù)標準化數(shù)據(jù)判斷是否觸發(fā)實時值異常報警，若觸發(fā)實時值異常報警，進一步判斷實時值異常報警持續(xù)時間是否大于等于時間閾值t1；

18、根據(jù)標準化數(shù)據(jù)計算參數(shù)變化趨勢；

19、若觸發(fā)參數(shù)變化趨勢異常報警且持續(xù)時間大于等于時間閾值t1，則判斷為程序異常。

20、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，計算參數(shù)變化趨勢包括：

21、變化趨勢為

22、

23、傳感器實時采集值為v0，t計算采樣間隔，前多個時刻的歷史值為v1、v2、v3、v4、v5…vt；

24、m時刻前的變化速率為km,m為濾波參數(shù)，無量綱。

25、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過實時值與設(shè)計閾值比較判斷是否觸發(fā)實時值異常報警；

26、其中，設(shè)計閾值為多級閾值，每級閾值對應(yīng)不同的報警級別，各報警級別觸發(fā)相應(yīng)的預(yù)設(shè)操作。

27、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)急措施包括：

28、劃分危害等級，對各危害等級指定不同操作；

29、查詢獲得當(dāng)前危害等級，根據(jù)當(dāng)前危害等級執(zhí)行預(yù)設(shè)操作。

30、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控方法，包括以下步驟：

31、實時采集流動化學(xué)實驗過程安全相關(guān)參數(shù)；

32、對安全相關(guān)參數(shù)預(yù)處理形成標準化數(shù)據(jù)；

33、對標準化據(jù)進行程序異常判斷，若程序正常則結(jié)束流程，若程序異常則繼續(xù)根據(jù)實驗程序的執(zhí)行情況來判斷是否能恢復(fù)實驗程序，若無法恢復(fù)實驗程序則進入應(yīng)急措施和/或人工介入干預(yù)。

34、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控方法，判斷是否能恢復(fù)實驗過程包括：

35、若是正常操作引起程序異常，則第一次延時后再次判斷引起程序異常的被測變量是否恢復(fù)正常；若不是正常操作引起，則進入應(yīng)急措施；

36、若第一次延時后恢復(fù)正常，則結(jié)束監(jiān)控；若第一次延時后沒有恢復(fù)正常，判斷出現(xiàn)了安全異常，進入應(yīng)急措施；

37、進入應(yīng)急措施經(jīng)第二次延時后判斷引起程序異常的被測變量是否恢復(fù)正常；若恢復(fù)正常則結(jié)束監(jiān)控；

38、若沒有恢復(fù)正常，則人工介入干預(yù)。

39、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控方法，安全相關(guān)參數(shù)包括：流量、溫度、壓力、氧氣濃度、漏液檢測、可燃氣體檢測、有毒有害氣體檢測、通風(fēng)設(shè)備檢測和人員檢測。

40、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控方法，程序異常判斷包括：

41、根據(jù)標準化數(shù)據(jù)判斷是否觸發(fā)實時值異常報警，若觸發(fā)實時值異常報警，進一步判斷實時值異常報警持續(xù)時間是否大于等于時間閾值t1；

42、根據(jù)標準化數(shù)據(jù)計算參數(shù)變化趨勢；

43、若觸發(fā)參數(shù)變化趨勢異常報警且持續(xù)時間大于等于時間閾值t1，則判斷為程序異常。

44、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控方法，計算參數(shù)變化趨勢包括：

45、變化趨勢為

46、

47、傳感器實時采集值為v0，t計算采樣間隔，前多個時刻的歷史值為v1、v2、v3、v4、v5…vt；

48、m時刻前的變化速率為km,m為濾波參數(shù)，無量綱。

49、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控方法，通過實時值與設(shè)計閾值比較判斷是否觸發(fā)實時值異常報警；

50、其中，設(shè)計閾值為多級閾值，每級閾值對應(yīng)不同的報警級別，各報警級別觸發(fā)相應(yīng)的預(yù)設(shè)操作。

51、優(yōu)選的，進一步改進所述的流動化學(xué)實驗過程安全監(jiān)控方法，應(yīng)急措施包括：

52、劃分危害等級，對各危害等級指定不同操作；

53、查詢獲得當(dāng)前危害等級，根據(jù)當(dāng)前危害等級執(zhí)行預(yù)設(shè)操作。

54、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明能實現(xiàn)以下技術(shù)效果；

55、1)為實驗過程安全提供更多更全面安全相關(guān)參數(shù)監(jiān)督；

56、傳統(tǒng)的實驗室安全監(jiān)測，無外乎可燃氣體、一氧化碳等有毒有害氣體、煙霧及火災(zāi)監(jiān)測。而對于影響安全隱患的本質(zhì)，即化學(xué)反應(yīng)是否可靠、穩(wěn)定運行缺乏信息獲取。應(yīng)用本專利的流動化學(xué)實驗室，能夠?qū)崟r監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)本身的狀態(tài)，包括溫度、壓力、流速、光強、電流等，在這些參數(shù)發(fā)生偏差時，及時提醒并做出響應(yīng)規(guī)范處理工作，以從根本上保障實驗過程的人員及設(shè)備安全。

57、2)實時自動處理傳感器數(shù)據(jù)并識別異常，摒棄人工判斷方案；

58、通過計算機編程技術(shù)手段實時獲取關(guān)聯(lián)反應(yīng)安全相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)，以標準化數(shù)據(jù)處理算法進行監(jiān)督和分析。評判標準統(tǒng)一，不依賴巡檢人員的工作經(jīng)驗，避免出現(xiàn)誤判甚至漏判。反應(yīng)速度快，出現(xiàn)異常馬上響應(yīng)，在事故影響在初期就降至最低。也能實現(xiàn)7*24h不間斷安全監(jiān)督，有效減輕人員工作量。

59、3)與其它相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)實現(xiàn)全局聯(lián)控；

60、作為實驗室安全系統(tǒng)的重要部分，除了對化學(xué)反應(yīng)裝置進行聯(lián)控操作包括過程控制系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)，如停機、緊急排空、沖洗、降溫等動作外，還能與其它配套裝置協(xié)同聯(lián)動。如氫化反應(yīng)中氣體流量控制器異常導(dǎo)致氫氣溢出，在檢測到該故障后，除了關(guān)閉反應(yīng)體系自身，同時聯(lián)控切斷氫氣氣源、加大通風(fēng)櫥排風(fēng)，以此強化安全處理。

61、4)應(yīng)急操作流程自動化執(zhí)行；

62、針對不同的裝置、不同的事件，計算機程序設(shè)定好標準的處理流程。一旦觸發(fā)閾值，則標準化自動執(zhí)行。一方面無需人員現(xiàn)場處理，避免二次傷害；另一方面標準化程序，保證動作執(zhí)行的及時性、規(guī)范性和有效性，最大程度快準狠的消滅安全隱患。

63、5)實現(xiàn)事件記錄數(shù)字化全閉環(huán)管理；

64、相關(guān)事故數(shù)據(jù)數(shù)字化真實記錄，便于回溯和審查。