УДК 698 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДИК ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

УДК 698
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДИК
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Д.С. Королев,
А.В. Калач
ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС
России
otrid@rambler.ru
Поднимается актуальный, вопрос связанный с разработкой
метода прогнозирования пожароопасных свойств веществ, который
будет выступать как один из способов предотвращения и
ограничения образования горючей среды, источников зажигания,
тем самым обеспечивая пожарную безопасность. В статье
рассмотрены два способа прогнозирования – расчетный способ и
способ основанный на использовании молекулярных дескрипторах
и искусственных нейронных сетях. Проведен сравнительный
анализ. Сделаны соответствующие выводы.
Ключевые слова: прогнозирование, свойства, расчетный
способ, дескрипторы, искусственные нейронные сети.
Температура воспламенения Твоспл – важнейшая
характеристика пожароопасности вещества, определяющая
температурные условия, при которых оно становится
огнеопасным. На основании данных по температуре
воспламенения производится классификация группы
горючести
вещества,
оценке
пожарной
опасности
оборудования и технологических процессов [1].
Экспериментальное
определение
температуры
воспламенения сопряжено с техническими трудностями,
временными затратами, кроме того, испытуемый образец
может содержать примеси, что в значительной степени влияет
на конечный результат.
В связи с этим для определения температуры
воспламенения были разработаны экспериментальные и
расчетные методы [1,2]. Найденные опытным путем значения
Твоспл для ряда известных соединений приведены в литературе
[3-6]. Однако, имеющиеся электронные базы и литературные
данные
по
свойствам
веществ,
можно
считать
недостаточными, так как ежегодно количество органических
соединений увеличивается на 250 -300 тысяч, что влечет риск
возникновения чрезвычайной ситуации.
Температура воспламенения является условным
параметром пожарной опасности веществ, которая в
значительной степени зависит от условий эксперимента, что
вызывает определенные трудности при разработке метода
расчета данного показателя.
Поэтому на сегодняшний день актуальным является
вопрос разработки метода прогнозирования пожароопасных
свойств веществ, целью которого является предотвращение и
ограничение образования горючей среды, источников
зажигания, а также обеспечение пожарной безопасности
производственного объекта.
Из многочисленных ориентировочных методов
расчета температуры воспламенения, как показывает опыт
ВНИИПО, наиболее точным является расчет по формуле
Блинова [7]:
Аб
Т=
𝜌 ∙ 𝐷0 ∙ 𝛽
где 𝜌 − парциальное давление пара горючего
вещества при температуре вспышки, мм.рт.ст.;
Аб – константа метода определения ( 4000);
D0 – коэффициент диффузии.
Таблица 1. Результаты расчета температуры
воспламенения предельных кетонов
№ Вещество
п/п
Аб
D0
1
2
3
4
5
6
7
4000
4000
4000
4000
4000
4000
4000
1,09
1,58
1,71
2,42
1,61
2,75
1,68
4000
4000
4000
4000
2,70
2,41
1,63
2,37
8
9
10
11
𝜌,
мм.рт.
ст.
ацетон
21,79
дипропилкетон
21,79
бутилметилкетон 21,79
6 - ундеканон
21,79
2 – пентанон
21,79
2- октанон
21,79
2,4-диметил-1,3- 21,79
пентандион
3-пентанон
21,79
3-октанон
21,79
3-гексанон
21,79
2-гептанон
21,79
Таблица 2. Результаты прогнозирования температуры
Расчетная Справочная Абсолютная
0
0
воспламенения
при помощи компьютерной программы
Твоспл , С
Твоспл С
погрешность,
0
С
-10
-15
-5
Рассматривая значения табл.2, полученные в
20
27
7 результате прогнозирования температуры воспламенения,
15
18
3 видно, что средняя абсолютная погрешность составляет 1,4
39
35
4 0С.
29
42
13
Таким образом, прогнозирование пожароопасных
17
19
2 свойств на примере предельных кетонов, в частности
21
18
3 температуры воспламенения, на основе данных о
40
20
34
50
Рассматривая полученные значения в табл.1, можно
отметить, что средняя абсолютная погрешность составляет
3,5%, что является не плохим показателем.
Также,
одним
из
перспективных
способов
прогнозирования пожароопасных свойств веществ является
метод основанный на использовании дескрипторов и
искусственных нейронных сетей, используемый нами в
работах [8]. Разработанная программа «КДС 1.0»
осуществляет моделирование зависимости структура –
свойство.
Вводимый
в
компьютерную
программу
молекулярный
дескриптор
содержит
следующую
информацию о веществе: количество атомов в веществе, их
относительное число, количество связей, количество
одиночных связей, относительное число связей, количество
двойных связей, молекулярная масса, гравитационный
индекс, величину топологического индекса Виннера W, индекс
Виннера, площадь поверхности молекулы и т.д. Обрабатывая
полученную информацию, программа «КДС 1.0» прогнозирует
необходимую величину.
45
20
35
48
№
5
п/п
0
1
2
Вещество
Спрогнозир
ованная
Твоспл , 0С
Справо
чная
Твоспл 0С
Абсолю
тная
погреш
ность,
0
С
1
ацетон
-14
-15
-1
2
дипропилкетон
27
27
0
3
бутилметилкетон
19
18
1
4
6 - ундеканон
33
35
2
5
2 – пентанон
40
42
2
6
2- октанон
17
19
2
7
2,4-диметил-1,3-пентандион
18
18
0
8
3-пентанон
44
45
1
9
3-октанон
23
20
3
10
3-гексанон
33
35
2
11
2-гептанон
45
48
3
молекулярных дескрипторах и искусственных нейронных
сетях дает удовлетворительный результат, абсолютная
погрешность не превышает 1,4 0С. Использование данного
метода, дает возможность без проведения сложного
эксперимента и расчета уравнений спрогнозировать
температуру воспламенения.
Литература
1. ГОСТ
12.1.044–89*.
Система
стандартов
безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и
материалов. Номенклатура показателей и методы их
определения. — Введ. 01.01.91 г. — М. : Стандартинформ,
2006. — 100 с.
2. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной
опасности веществ. — М.: 1992. — 405 с.
3. Корольченко А. Я., Корольченко Д. А.
Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их
тушения : справочник. — В 2-х ч. — 2-е изд., перераб. и доп.
— М. : Асс. "Пожнаука", 2004. — Ч. I. — 713 с.
4. Корольченко А. Я., Корольченко Д. А.
Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их
тушения : справочник. — В 2-х ч. — 2-е изд., перераб. и доп.
— М. : Асс. "Пожнаука", 2004. — Ч. II. — 774 с.
5. Рудаков О. Б., Черепахин А. М., Исаев А. А.,
Рудакова Л. В., Калач А. В. Температура вспышки бинарных
растворителей
для
жидкостной
хроматографии
//
Конденсированные среды и межфазные границы. — 2011. —
Т. 13, № 2. — С. 191–195.
6. Рудаков О. Б., Калач А. В., Бердникова Н. В.
Пожарная опасность водорастворимых растворителей и их
водных растворов // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. —
Т. 20, № 2. — С. 31–32.
7. Блинов В.И., Худяков Г.Н. Диффузионное горение
жидкостей – СССР.: 1961
8. Д.С. Королев, А.В. Калач, Д.В. Каргашилов
Прогнозирование пожароопасных свойств веществ и
материалов с использованием дескрипторов и нейронных
сетей// Научно-теоретический журнал «Вестник БГТУ им.
В.Г. Шухова.- 2014.- №4.
COMPARATIVE ANALYSIS OF TECHNIQUES OF
FORECASTING OF TEMPERATURE OF VOSPLAMENENIYA OF SUBSTANCE
D.S. Korolev,
A.V. Kalach
Voronezh Institute of State Firefighting Service of Emercom of Russia
Rises actual, the question connected with development of a
method of forecasting of fire-dangerous properties of substances which
will act as one of ways of prevention and restriction of formation of the
combustible environment, ignition sources, thereby ensuring fire safety.
In article two ways of forecasting – the settlement way and a way based
on use molecular descriptors and artificial neural networks are considered. The comparative analysis is carried out. The corresponding conclusions are drawn.
Keywords: forecasting, properties, settlement way, descriptors,
artificial neural networks.