電爐法生產(chǎn)黃磷安全風(fēng)險分析與防范

孟 昊，陸思偉

（中海油天津化工研究設(shè)計院，天津300131）

黃磷是一種重要的基礎(chǔ)工業(yè)原料，在工業(yè)上用黃磷生產(chǎn)工業(yè)磷酸、食品添加劑磷酸、磷酸鹽、磷肥、殺鼠劑、農(nóng)藥等，軍事上常用來制煙霧彈［1］。中國的黃磷工業(yè)生產(chǎn)主要采用電爐法，近年來黃磷生產(chǎn)企業(yè)多次發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒、環(huán)境污染等生產(chǎn)事故，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。筆者對電爐法生產(chǎn)黃磷的安全風(fēng)險進行了分析和辨識，并提出了相應(yīng)的防范措施，以期為黃磷生產(chǎn)企業(yè)提供借鑒和參考，提高生產(chǎn)的本質(zhì)安全水平。

1 電爐法生產(chǎn)黃磷工藝流程［1］

目前電爐法生產(chǎn)黃磷依然是中國黃磷生產(chǎn)的主流工藝，其生產(chǎn)流程：1）將磷礦石、硅石、焦炭丁破碎后送至烘干爐，烘干后的原料按一定比例均勻混合后提升至料柜，混合料從料柜的下料管進入電爐。2）電爐將爐料燒成熔融狀態(tài)并進行反應(yīng)，原料中的焦炭丁在反應(yīng)中既充當還原劑也為反應(yīng)提供一定的熱量。3）反應(yīng)之后的爐氣中含有CO、元素磷和氟化物，進入冷卻吸收塔及一級石灰堿液洗滌塔內(nèi)以兩逆流兩順流的方式進行氣液接觸洗滌。磷蒸氣被不同溫度的洗滌水冷凝，形成4個原子的磷分子，聚集于受磷槽內(nèi)形成粗磷，受磷槽采用蒸汽間接加熱保溫。洗磷后的爐氣主要含CO，部分點燃放空，部分導(dǎo)除用作原料烘干、泥磷燒制、污水處理站污泥干化的燃料使用。受磷槽廢水進入預(yù)沉槽沉淀后返回磷爐洗滌爐氣。受磷槽、預(yù)沉槽內(nèi)的粗磷定期虹吸至精制槽，使用熱水漂洗精制。洗滌熱水由鍋爐蒸汽直接加熱。經(jīng)加熱、保溫、漂洗沉降后，粗磷分離成泥磷和成品黃磷，黃磷即可計量包裝。4）精制過后剩余的泥磷存于泥磷池中，泥磷可用泵抽入旋轉(zhuǎn)加熱窯中，以磷爐尾氣為熱源加熱，使泥磷中所含元素磷升華為氣態(tài)磷，同時水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，氣態(tài)磷及水蒸氣從加熱爐溢出后進入洗磷塔，以水隔絕空氣密封，洗滌冷卻成為液態(tài)磷，并在受磷槽內(nèi)洗滌，成品黃磷進入成品池內(nèi)貯存。5）電爐內(nèi)爐渣由渣口流出，經(jīng)水淬后匯集在集渣池內(nèi)，由于磷礦一般都是磷鐵伴生礦，所以磷渣的主要成分是CaSiO3和一小部分磷鐵，磷鐵經(jīng)緩冷凝固后人工破碎、去渣出售用作煉鐵原料，其他磷渣出售到水泥廠用于生產(chǎn)水泥。

2 系統(tǒng)安全分析方法

系統(tǒng)安全分析方法即應(yīng)用系統(tǒng)安全工程評價的方法對系統(tǒng)或工程進行風(fēng)險辨識。筆者采用一種常見的系統(tǒng)安全分析方法——風(fēng)險指數(shù)矩陣法（MRAC），對黃磷生產(chǎn)過程進行安全風(fēng)險分析。

風(fēng)險評價指數(shù)矩陣法是按照事故的可能性、嚴重性兩個因素建立一個二維矩陣，矩陣的每個元素都對應(yīng)一個可能性和嚴重性的等級，并給出一個定性的加權(quán)指數(shù)，成為風(fēng)險評價指數(shù)矩陣，表示風(fēng)險大小。

采用的事故可能性等級、事故嚴重性等級、風(fēng)險指數(shù)等級和安全風(fēng)險控制要求分別見表1、表2、表3和表4。

表1 事故可能性等級

表2 事故嚴重性等級

表3 風(fēng)險指數(shù)等級

表4 安全風(fēng)險控制要求

3 安全風(fēng)險辨識

3.1 物料危險性分析

黃磷生產(chǎn)中涉及的主要危險化學(xué)品有黃磷、二氧化硫、一氧化碳、四氟化硅、含氟氣體（主要為氟化氫）、磷化氫等，根據(jù)《危險化學(xué)品名錄》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局公告 2003年第1號），上述危險化學(xué)品分別屬于4.2類自燃物品、2.3類有毒氣體、8.1類酸性腐蝕品，且部分氣體具有較強的火災(zāi)、爆炸危險性，其主要危險性見表 5［2］。

表5 物料主要危險性

3.2 生產(chǎn)過程安全風(fēng)險分析

采用GB 6441—1986《企業(yè)職工傷亡事故分類標準》對可能發(fā)生的傷亡事故進行分類，并采用風(fēng)險指數(shù)矩陣法（MRAC）對黃磷生產(chǎn)過程的安全風(fēng)險進行分析，具體內(nèi)容見表6。

表6 黃磷生產(chǎn)過程安全風(fēng)險分析結(jié)果匯總

通過以上分析內(nèi)容可以看出，在電爐法生產(chǎn)黃磷的工藝過程中，存在的主要安全風(fēng)險等級為2或3級，即不希望有的風(fēng)險和有條件接受的風(fēng)險，在實際生產(chǎn)過程中要采用必要的安全措施對安全風(fēng)險進行有效控制。

4 安全風(fēng)險防范措施

通過對電爐法生產(chǎn)黃磷工藝過程進行安全風(fēng)險分析提出以下防范措施供企業(yè)借鑒和參考。

1）新建黃磷廠的廠址選擇應(yīng)符合GB 50187—2012《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》、GB 50489—2009《化工企業(yè)總圖運輸設(shè)計規(guī)范》等的相關(guān)要求。在總圖布置中應(yīng)考慮自然條件以及建構(gòu)筑物的防火間距、消防通道、安全疏散等方面的問題，確保其符合國家的有關(guān)規(guī)定［3］。

2）具有易燃、易爆介質(zhì)的生產(chǎn)廠房應(yīng)充分考慮抗震、防雷、耐火等級、防火分區(qū)、安全出口、泄壓等安全技術(shù)措施，確保符合GB 50016—2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》、GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等的相關(guān)要求；對易泄漏有害介質(zhì)的管道及設(shè)備盡量露天布置［3］。

3）電爐制磷廠房應(yīng)充分利用自然通風(fēng)條件換氣，在環(huán)境、氣候條件允許下，可采用敞開式或半敞開式結(jié)構(gòu)。不宜采用自然通風(fēng)或采用自然通風(fēng)有困難的場所應(yīng)采取通風(fēng)換氣措施［3］。

4）在生產(chǎn)中對可能突然逸出大量有害物質(zhì)或易造成急性中毒或易燃易爆的化學(xué)物質(zhì)的作業(yè)場所應(yīng)設(shè)計可燃氣體、有毒氣體檢測報警裝置（參見GB 50493—2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》）、火災(zāi)自動報警裝置、事故通風(fēng)設(shè)施，并考慮必要的自動控制和聯(lián)鎖措施。

5）在有毒性危害及化學(xué)灼傷的作業(yè)環(huán)境中，應(yīng)設(shè)計必要的淋洗器、洗眼器等防護設(shè)施，并根據(jù)作業(yè)特點和防護要求配置事故柜、急救箱和個人防護用品。

6）可能產(chǎn)生靜電危害作業(yè)場所內(nèi)的所有設(shè)備、管道、儲罐等都必須根據(jù)GB 12158—2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》、HG/T 20675—1990《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計規(guī)程》、HG/T 23003—1992《化工企業(yè)靜電安全檢查規(guī)程》的相關(guān)要求設(shè)置必要的防靜電設(shè)施并定期檢測其有效性。

7）走梯、欄桿和平臺（含檢修平臺）應(yīng)符合GB 4053.1—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第1部分：鋼直梯》、GB 4053.2—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第 2部分：鋼斜梯》、GB 4053.3—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第3部分：工業(yè)防護欄桿及鋼平臺》的規(guī)定。坑、溝、井、池應(yīng)設(shè)有防護圍欄或蓋板［3］。

8）設(shè)備外露的運轉(zhuǎn)部分和有危及人身安全的部位，均應(yīng)設(shè)防護罩、防護欄桿或防護擋板等安全設(shè)施。

9）電爐制磷系統(tǒng)的電氣設(shè)備和線路的選型、安裝、運行應(yīng)符合GB 50058—1992《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求。

10）電爐制磷系統(tǒng)的動力、儀表、照明和冷卻水系統(tǒng)等應(yīng)有備用電源，并應(yīng)具備防止停電的安全措施［3］。

11）按GB 50016—2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定設(shè)置消防車通道、消防給水和固定滅火裝置，并根據(jù)火源及著火物質(zhì)性質(zhì)配備適當種類、足夠數(shù)量的消防器材。

12）作為壓力容器的使用單位，企業(yè)應(yīng)從具有相應(yīng)資質(zhì)的公司訂購、安裝該類設(shè)備；作業(yè)人員應(yīng)取得特種作業(yè)人員證書，并應(yīng)制定相應(yīng)的管理制度、安全操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案。

13）企業(yè)應(yīng)結(jié)合黃磷生產(chǎn)的特點建立健全安全生產(chǎn)崗位責(zé)任制、崗位安全技術(shù)操作規(guī)程以及安全管理制度；加強對從業(yè)人員的安全教育。

14）企業(yè)應(yīng)為職工提供符合國家標準或行業(yè)標準的勞動防護用品，并督促其正確佩戴和使用。

15）企業(yè)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)特點制定相應(yīng)的應(yīng)急救援預(yù)案，配備應(yīng)急救援組織和應(yīng)急救援物資，并定期開展演練活動。

16）加強動火、起重、登高、設(shè)備內(nèi)作業(yè)、抽堵盲板、動土、電氣等危險作業(yè)的安全管理，嚴格執(zhí)行作業(yè)許可制度。

［1］張浩.電爐法黃磷生產(chǎn)火災(zāi)危險性分析［J］.價值工程，2012，31（36）：282-283.

［2］周國泰.危險化學(xué)品安全技術(shù)全書［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［3］GB/Z 24784-2009 《黃磷安全規(guī)程》［S］.