电炉法生产黄磷安全风险分析与防范

电炉法生产黄磷安全风险分析与防范
孟昊;陆思伟
【摘要】中国的黄磷工业生产主要采用电炉法,近年来黄磷生产企业多次发生火灾、爆炸、中毒、环境污染等生产事故,造成了巨大的经济损失和人员伤亡.根据电炉法
生产黄磷的主要物料、工艺及设备情况,对生产过程的安全风险进行分析,并提出相
应的防范措施,为黄磷企业减少生产事故的发生提供借鉴和参考.
【期刊名称】《无机盐工业》
【年(卷),期】2014(046)006
【总页数】3页(P56-58)
【关键词】电炉法;黄磷;安全风险分析
【作者】孟昊;陆思伟
【作者单位】中海油天津化工研究设计院,天津300131;中海油天津化工研究设计院,天津300131
【正文语种】中文
【中图分类】TQ126.3
黄磷是一种重要的基础工业原料，在工业上用黄磷生产工业磷酸、食品添加剂磷酸、磷酸盐、磷肥、杀鼠剂、农药等，军事上常用来制烟雾弹［1］。

中国的黄磷工业生产主要采用电炉法，近年来黄磷生产企业多次发生火灾、爆炸、中毒、环境污染等生产事故，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。

笔者对电炉法生产黄磷的安全风
险进行了分析和辨识，并提出了相应的防范措施，以期为黄磷生产企业提供借鉴和参考，提高生产的本质安全水平。

1 电炉法生产黄磷工艺流程［1］
目前电炉法生产黄磷依然是中国黄磷生产的主流工艺，其生产流程：1）将磷矿石、硅石、焦炭丁破碎后送至烘干炉，烘干后的原料按一定比例均匀混合后提升至料柜，混合料从料柜的下料管进入电炉。

2）电炉将炉料烧成熔融状态并进行反应，原料中的焦炭丁在反应中既充当还原剂也为反应提供一定的热量。

3）反应之后的炉气中含有CO、元素磷和氟化物，进入冷却吸收塔及一级石灰碱液洗涤塔内以两逆流两顺流的方式进行气液接触洗涤。

磷蒸气被不同温度的洗涤水冷凝，形成4个原
子的磷分子，聚集于受磷槽内形成粗磷，受磷槽采用蒸汽间接加热保温。

洗磷后的炉气主要含CO，部分点燃放空，部分导除用作原料烘干、泥磷烧制、污水处理站污泥干化的燃料使用。

受磷槽废水进入预沉槽沉淀后返回磷炉洗涤炉气。

受磷槽、预沉槽内的粗磷定期虹吸至精制槽，使用热水漂洗精制。

洗涤热水由锅炉蒸汽直接加热。

经加热、保温、漂洗沉降后，粗磷分离成泥磷和成品黄磷，黄磷即可计量包装。

4）精制过后剩余的泥磷存于泥磷池中，泥磷可用泵抽入旋转加热窑中，以磷炉尾气为热源加热，使泥磷中所含元素磷升华为气态磷，同时水转变为水蒸气，气态磷及水蒸气从加热炉溢出后进入洗磷塔，以水隔绝空气密封，洗涤冷却成为液态磷，并在受磷槽内洗涤，成品黄磷进入成品池内贮存。

5）电炉内炉渣由渣口流出，经水淬后汇集在集渣池内，由于磷矿一般都是磷铁伴生矿，所以磷渣的主要成分是CaSiO3和一小部分磷铁，磷铁经缓冷凝固后人工破碎、去渣出售用作炼铁原料，其他磷渣出售到水泥厂用于生产水泥。

2 系统安全分析方法
系统安全分析方法即应用系统安全工程评价的方法对系统或工程进行风险辨识。

笔者采用一种常见的系统安全分析方法——风险指数矩阵法（MRAC），对黄磷生
产过程进行安全风险分析。

风险评价指数矩阵法是按照事故的可能性、严重性两个因素建立一个二维矩阵，矩阵的每个元素都对应一个可能性和严重性的等级，并给出一个定性的加权指数，成为风险评价指数矩阵，表示风险大小。

采用的事故可能性等级、事故严重性等级、风险指数等级和安全风险控制要求分别见表1、表2、表3和表4。

表1 事故可能性等级事故可能性级别注释A频繁发生B很容易发生C容易发生D 很少发生E在设备系统寿命期内几乎不发生
表2 事故严重性等级级别危险程度可能导致的后果Ⅰ 灾难性的造成人员重大伤
亡及系统严重破坏的灾难性事故，必须予以排除，并进行重点防范Ⅱ 危险的会造成人员伤亡和系统损坏，要立即采取防范对策措施Ⅲ 临界的处于事故的边缘状况，暂还不致造成人员死亡、系统损坏或降低系统性能，但应予以排除或采取控制措施Ⅳ 安全的不会造成人员伤亡及系统损坏
表3 风险指数等级危险严重性危险可能性A B C D EⅠ1 2 4 8 12Ⅱ3 5 6 10
15Ⅲ7 9 11 14 17Ⅳ 13 16 18 19 20
表4 安全风险控制要求风险指数风险等级建议准则控制要求1～5 1 不可接受的风险为降低风险须不计投入，只有当风险降低时方可继续作业；若即使以无限资源投入也不能降低风险则不允许继续作业6～9 2 不希望有的风险必须采取紧急措施方可继续作业10～17 3 有条件接受的风险应采取相关措施努力降低风险，可考虑成本-有效性原则18～20 4 可接受的风险保持原有的控制措施即可
3 安全风险辨识
3.1 物料危险性分析
黄磷生产中涉及的主要危险化学品有黄磷、二氧化硫、一氧化碳、四氟化硅、含氟气体（主要为氟化氢）、磷化氢等，根据《危险化学品名录》（国家安全生产监督
管理局公告 2003年第1号），上述危险化学品分别属于4.2类自燃物品、2.3类有毒气体、8.1类酸性腐蚀品，且部分气体具有较强的火灾、爆炸危险性，其主要危险性见表 5［2］。

表5 物料主要危险性物料名称危险性类别主要危险特性黄磷 4.2类自燃物品黄磷接触空气引起自燃并引起燃烧和爆炸。

与氯酸盐等氧化剂混合发生爆炸，其碎片相碎屑接触皮肤干燥后即着火，可引起严重的皮肤灼伤。

二氧化硫 2.3类有毒气体对眼及呼吸道黏膜有强烈的刺激作用。

大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。

皮肤或眼接触发生炎症或灼伤。

可致牙齿酸蚀症。

易燃易爆气体，有剧毒，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

一氧化碳在血中与血红蛋白结合而造成组织缺氧。

四氟化硅 2.3类有毒气体一氧化碳 2.3类有毒气体对眼、皮肤、黏膜和呼吸道有严重损害。

局部腐蚀作用强。

严重中毒者可致肺炎、肺水肿。

氟化氢 8.1类酸性腐蚀品可使人体中毒，主要表现为四肢疼痛、皮肤病等，重者骨质疏松、增殖和变形。

3.2 生产过程安全风险分析
采用GB 6441—1986《企业职工伤亡事故分类标准》对可能发生的伤亡事故进行分类，并采用风险指数矩阵法（MRAC）对黄磷生产过程的安全风险进行分析，
具体内容见表6。

表6 黄磷生产过程安全风险分析结果汇总风险等级黄磷、泥磷危险物质主要存在
的场所主要危险特性事故后果严重性事故发生可能性风险指数火灾、爆炸Ⅰ D 8
2化学灼伤Ⅲ C 11 3磷炉、尾气受磷槽、预沉槽、精制槽、泥磷池、成品贮罐火灾、爆炸Ⅰ D 8 2中毒Ⅱ C 6 2含氟气体电炉、水封、烘干机、喷淋塔、尾气管道电炉、喷淋塔、水封、尾气管道中毒Ⅱ C 6 2磷铁电炉、渣道爆炸Ⅰ D 8 2
高温烫伤Ⅲ C 11 3电炉炉渣电炉、渣道高温烫伤Ⅲ C 11 3粉尘爆炸Ⅰ D 8 2
中毒Ⅲ C 11 3粉尘伤害Ⅲ C 11 3磷化氢焦炭原料工段、料柜电炉、污水工段、
泥磷池火灾、爆炸Ⅰ D 8 2中毒Ⅱ C 6 2
通过以上分析内容可以看出，在电炉法生产黄磷的工艺过程中，存在的主要安全风险等级为2或3级，即不希望有的风险和有条件接受的风险，在实际生产过程中
要采用必要的安全措施对安全风险进行有效控制。

4 安全风险防范措施
通过对电炉法生产黄磷工艺过程进行安全风险分析提出以下防范措施供企业借鉴和参考。

1）新建黄磷厂的厂址选择应符合GB 50187—2012《工业企业总平面设计规范》、GB 50489—2009《化工企业总图运输设计规范》等的相关要求。

在总图布置中
应考虑自然条件以及建构筑物的防火间距、消防通道、安全疏散等方面的问题，确保其符合国家的有关规定［3］。

2）具有易燃、易爆介质的生产厂房应充分考虑抗震、防雷、耐火等级、防火分区、安全出口、泄压等安全技术措施，确保符合GB 50016—2006《建筑设计防火规范》、GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》、GB 50011—2010《建筑抗
震设计规范》等的相关要求；对易泄漏有害介质的管道及设备尽量露天布置［3］。

3）电炉制磷厂房应充分利用自然通风条件换气，在环境、气候条件允许下，可采用敞开式或半敞开式结构。

不宜采用自然通风或采用自然通风有困难的场所应采取通风换气措施［3］。

4）在生产中对可能突然逸出大量有害物质或易造成急性中毒或易燃易爆的化学物质的作业场所应设计可燃气体、有毒气体检测报警装置（参见GB 50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》）、火灾自动报警装置、事故通风设施，并考虑必要的自动控制和联锁措施。

5）在有毒性危害及化学灼伤的作业环境中，应设计必要的淋洗器、洗眼器等防护设施，并根据作业特点和防护要求配置事故柜、急救箱和个人防护用品。

6）可能产生静电危害作业场所内的所有设备、管道、储罐等都必须根据GB 12158—2006《防止静电事故通用导则》、HG/T 20675—1990《化工企业静电接地设计规程》、HG/T 23003—1992《化工企业静电安全检查规程》的相关要求设置必要的防静电设施并定期检测其有效性。

7）走梯、栏杆和平台（含检修平台）应符合GB 4053.1—2009《固定式钢梯及平台安全要求第1部分：钢直梯》、GB 4053.2—2009《固定式钢梯及平台安全要求第 2部分：钢斜梯》、GB 4053.3—2009《固定式钢梯及平台安全要求第3部分：工业防护栏杆及钢平台》的规定。

坑、沟、井、池应设有防护围栏或盖板［3］。

8）设备外露的运转部分和有危及人身安全的部位，均应设防护罩、防护栏杆或防护挡板等安全设施。

9）电炉制磷系统的电气设备和线路的选型、安装、运行应符合GB 50058—1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的相关要求。

10）电炉制磷系统的动力、仪表、照明和冷却水系统等应有备用电源，并应具备防止停电的安全措施［3］。

11）按GB 50016—2006《建筑设计防火规范》的规定设置消防车通道、消防给水和固定灭火装置，并根据火源及着火物质性质配备适当种类、足够数量的消防器材。

12）作为压力容器的使用单位，企业应从具有相应资质的公司订购、安装该类设备；作业人员应取得特种作业人员证书，并应制定相应的管理制度、安全操作规程和应急预案。

13）企业应结合黄磷生产的特点建立健全安全生产岗位责任制、岗位安全技术操作规程以及安全管理制度；加强对从业人员的安全教育。

14）企业应为职工提供符合国家标准或行业标准的劳动防护用品，并督促其正确
佩戴和使用。

15）企业应结合生产特点制定相应的应急救援预案，配备应急救援组织和应急救援物资，并定期开展演练活动。

16）加强动火、起重、登高、设备内作业、抽堵盲板、动土、电气等危险作业的安全管理，严格执行作业许可制度。

参考文献：
［1］张浩.电炉法黄磷生产火灾危险性分析［J］.价值工程，2012，31（36）：282-283.
［2］周国泰.危险化学品安全技术全书［M］.北京：化学工业出版社，2003. ［3］GB/Z 24784-2009 《黄磷安全规程》［S］.。