化工企业黄磷岗位操作手册.docx
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化工企业黄磷岗位操作手册
工业黄磷生产岗位操作手册
（刘草坡化工厂）
受控号:
2006—07—15发布2006—07—20实施
兴发集团
化工系统作业文件
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Q/XF-HG-Z/02-01
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工业黄磷生产岗位
操作手册
生产工艺方案
1产品说明
黄磷分子式P4、原子量30.9738，分子量123.8952，
分子结构式如下所示P
P
PP
2物理性质
2.1外观：
纯品磷是白色腊状有光泽的固体，由于光、热作用和杂质的影响而呈浅黄色、微黄绿色、黄绿色、棕绿色等。
2.2气味：
纯品磷是无气味的，但由于空气中氧的作用则生成臭氧和磷的低级氧化物，故经常有蒜臭味。
2.3比重：
黄磷的比重随温度的升高而减小，常温固体的黄磷比重为1.83g/cm3，44.1℃液体黄磷的比重为1.75g/cm3，281℃沸点时，黄磷的比重为1.53g/cm3。
2.4溶解度：
黄磷在水中的溶解度很小，每100g水中只溶解0.003g，难溶于酒精、甘油中，能溶于苯、甲苯、醚及松节油中，最易溶于二硫化碳中，液氨、液态二氧化硫也是较好的溶剂。
2.5熔点：
黄磷的熔点为44.1℃，沸点为281℃。
2.6自燃性：
黄磷的自燃点为35—45℃，暴露于空气中一般会自燃着火，因此，在贮存和运输过程中应放置水面以下,以便使黄磷与空气隔绝，防止其自燃。
2.7毒性：
黄磷剧毒，对人的致死量为0.1，人经常吸入磷蒸气和它的低级氧化物，能引起慢性中毒。
2.8同素异形体：
黄磷有四种同素异形体，α—白磷，β—白磷，赤磷，黑磷。
3化学性质
3.1磷溶解在热的碱溶液中生成磷化氢和磷酸盐，如磷在KOH水溶液中加热生成磷化氢气体和次磷酸钾。
P4+3KOH+3H2O△PH3↑+3KH2PO2
3.2磷易被空气氧化，磷在干燥空气中充分燃烧生成磷酸酐（P2O5）
P4+5O2燃烧2P2O5
3.3磷能直接和卤素（F、Cl、Br、I）作用生成正三价和正五价两个系列的卤化物。
P4+6Cl2=4PCl3（三氯化磷）
当氯气过量时，
PCl3+Cl2=PCl5或P4+10Cl2=4PCl5
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3.4磷能和氢化合生成PH3（气体），P2H4（液体）和P12H16（固体），将磷和氢在密闭中加压，加热可制得磷化氢。
P4+4H2=4PH2（350℃，300大气压）P4（气）+6H2（气）=4PH3（气）
3.5磷和硫在加热条件下能以任何比例相混合，生成各种磷的硫化物，用于农药，如：
P4+10S=P4S10
4黄磷主要用途：
用于生产磷酸盐、次磷酸盐、磷的硫化物等。
5黄磷生产原理
在高温下，用碳还原天然磷酸盐（磷矿石）中的五氧化二磷，其反应式如下：
P2O5＋5C高温P2＋5CO↑
6黄磷生产方法
6.1概述
6.1.1已经工业化的方法有：
a）高炉法：
还原反应在高炉内的高温条件下进行。
由于高炉法具有炉气中磷的含量低、炉气体积过大、煤气热值低、磷的回收率低等诸多不足之处，因此，高炉法已逐步被淘汰。
b）电炉法：
还原反应在电炉内的高温下进行。
也称电升华法。
由于电炉法具有产品质量好（纯度达99.9%）、劳动生产率高、成本低的优点，因此，电炉法生
产黄磷是目前工业化的唯一方法，其优点在电力供应充足的地区显得尤为突出。
电炉法制磷的主要化学反应为：
4Ca5F（PO4）3＋21SiO2＋30C1400－1500℃3P4↑＋30CO↑＋SiF4↑＋20CaSiO3
副反应有:
碳酸盐的热分解:
CaCO3加热CaO＋CO2↑
MgCO3加热MgO＋CO2↑
生成的CO2被还原为CO:
CO2＋C=2CO↑
氧化铁被还原为铁:
Fe2O3＋3C高温2Fe＋3CO↑
生成的铁又与磷化合生成磷铁:
4Fe＋P2高温2Fe2P
6.1.2目前正在研究的方法有：
a）烃类还原法：
在二氧化硅存在下，用甲烷还原磷矿石而得。
b）窑法：
磷矿石先与二氧化硅在1200℃下生成焦磷酸钙与硅酸钙，然后使焦磷酸钙于1000℃下分解成磷酸钙与P2O5，再用焦炭（白煤）还原P2O5而得。
6.2电炉法制磷流程概述
将符合生产工艺要求的磷矿石、硅石和焦炭（白煤），分别由储仓按一定比例分批放出，然后配成均匀的混合料输送至电炉料仓。
混合料通过均匀分布的连接电炉体与料仓的七根下料管连续送入密闭微正压电炉内。
电炉的三相电极（三根或六根）在其额定
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功率左右工作，使进入电炉的混合料在1400—1500℃下发生还原反应。
生成的炉渣和磷铁定期从炉眼排出，磷铁在渣道处回收，炉渣进入化渣池（或水淬冲渣池），并及时抓起运走。
生成的黄磷、CO、四氟化硅等呈气体（称为炉气）从反应熔区逸出，经过炉内上部连续补充的混合料（称为炉气过滤层）并携带一部分混合料中的机械杂质（这时炉气温度一般降至260℃以下），通过导气管进入串联的三个吸收塔，经浊度较低、温度和压力适宜的循环污水喷淋冷却，黄磷凝聚成液滴与机械杂质一起进入塔底受磷槽中，即为粗磷。
粗磷在适宜工艺条件下精制得到成品黄磷，并包装。
CO等气体（即尾气），经总水封分成两路，一路是经过进一步净化后作为燃料，一般是在不用时放空。
电炉法生产黄磷一般分：
原材料准备、电炉制磷、粗磷的精制、成品包装、尾气净化利用、炉渣和污水处理七个工序。
6.2.1原料准备
生产黄磷的原材料为磷矿石、焦炭（白煤）、硅石，焦炭（白煤）在电炉法生产黄磷中既是还原剂又是导电体；硅石是助溶剂，可以降低炉渣熔点，便于出渣。
磷矿石的主要化学成份为氟磷酸钙，其通式为Ca5F（PO4）3。
磷矿石的品位（以P2O5含量表示），要求一般是含P2O5≥28%，Fe2O3＜1.5%，CO2＜5%，（以上指标均以干基计算，并于进厂时把关）。
磷矿石入炉时H2O＜2%，粒度为5—35mm。
焦炭（白煤）中固定碳含量一般要求大于80%（以干基计算，并于进厂时把关），且机械强度较好。
焦炭（白煤）入炉时H2O＜2%，粒度为3—25mm。
硅石含SiO2应大于97%，入炉时粒度为5—35mm。
三种原材料的入炉指标主要是通过破碎、筛分、烘干等达到，合格后分别进入不同储仓备用。
6.2.2电炉制磷
6.2.2.1电炉制磷在一密闭容器内进行。
这一密闭容器称为电炉体，其容量与输入电能的变压器额定容量相同。
新建或大修完毕的电炉，在输入混合料制磷之前，根据电炉砌筑材料和炉衬更换的情况进行烘炉，以便达到以下目的：
a）蒸发炉衬及炉盖中的水分；
b）初步烧结砖缝中电极糊将碳砖连结起来形成一个整体；
c）使炉子慢慢升温为投料作好温度准备。
为此，烘炉一般分为木柴烘炉和电烘炉两个阶段。
电烘炉送电时变压器二次侧电压采用变压器最底档，电烘炉结束即投入预先由储仓输送到电炉料仓的混合料。
6.2.2.2混合料的配制原则是还原反应后的炉渣含P2O5在0.80—1.80%之间，炉渣中SiO2百分含量与CaO百分含量的比值即硅钙比（亦称酸度系数）在0.75—0.85之间。
由于
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焦炭（白煤）在1400－1500℃并不熔化，因而依靠其颗粒表面在熔区上部与熔融磷酸盐进行接触反应，至排渣时有部分反应不完全的焦炭（白煤）随炉渣排出，因此焦炭（白煤）实际用量一般为理论用量的103—108%。
焦炭（白煤）理论用量的计算：
混合料中耗用焦炭（白煤）的成份有P2O5、CO2、Fe2O3等，其反应式如下：
P2O5＋5C=P2＋5CO↑Fe2O3＋3C=2Fe＋3CO↑CO2＋C=2CO↑
按以上反应式可推出还原W公斤磷矿石理论上所需焦炭（白煤）总量Rc:
RC=W×P2O5%×60÷（142×C%）+W×Fe2O3%×36÷（159.6×C%）
＋W×CO2%×12÷（44×C%）
=W×（0.4225×P2O5%+0.2255×Fe2O3%+0.2727×CO2%）÷C%（公斤）
式中：
P2O5%——磷矿石中P2O5的百分含量，
Fe2O3%——磷矿石中Fe2O3的百分含量，
CO2%——磷矿石中CO2的百分含量，
C%——焦炭（白煤）中固定炭的百分含量。
硅石用量的计算：
W公斤磷矿石需配用硅石总量RSiO2：
RSiO2＝W×（k×CaO%－SiO2%）÷SiSiO2%（公斤）
式中：
k——炉渣的酸度系数（一般取0.8），
CaO%——磷矿石中CaO的百分含量，
SiO2%——磷矿石中SiO2的百分含量，
SiSiO2%——硅石中SiO2的百分含量。
6.2.2.3电烘炉结束投入混合料后，通过尾气放空阀将电炉至三塔的系统压力稳定
控制在5—15mm水柱。
之后，平均每3天左右将变压器二次侧电压往上调一个档，至接近额定工作电压后，将通过三相电极的电流（电炉工作电流）平稳地控制在变压器额定工作电流左右，电炉便在其额定功率下工作并转入正常生产。
不同容量（S）电炉的额定工作电压V二和额定工作电流I二及相应的变压器一次侧电流I一如下表：
S（KVA）
3200
5600
6300
7200
15600
V二（V）
215
260
270
280
365
I二（A）
8600
12500
13500
15000
24700
I一（A）
54
95
105
120
260
6.2.2.4电炉工作电流的平衡和稳定是借助于电极升降来进行的。
随着电炉内还原反应的进行，电极位置逐渐上移，至接近于其最大行程时（一般700mm左右）开始排渣，排渣时间约15分钟左右，连续两次排渣间隔时间（排渣周期）一般3—4小时。
电极将电能输送至电炉内便于还原反应发生的同时，由于自身为碳素材料，会缓慢
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消耗，为使生产连续进行，在电极位置不足以使电流稳定控制在额定工作电流左右和电极夹持器上端电极不足200mm时，分别需要放电极和上电极。
6.2.2.5炉气经过导气管进入三塔后，用经过平流沉淀等方式处理后的循环污水喷淋冷却，使粗磷便于精制和尾气中P4＜1g/m3。
6.2.3粗磷的精制和成品包装
粗磷的精制通常是间隙操作，利用位差采用“虹吸法”或“压磷法”将粗磷自受磷槽移入精制锅中，然后根据粗磷的质量和数量确定升温、保温的温度和时间（见下表），并严格控制，以确保产品质量和产品产率。
升温温度
升温时间
保温温度
保温时间
受磷槽
50~85℃
1~2小时
50~70℃
5~7小时
精制锅
45~90℃
1~2小时
45~65℃
8~24小时
6.3电炉法生产黄磷的主要影响因素
6.3.1入炉料的影响
6.3.1.1焦炭（白煤）用量
焦炭（白煤）用量不足，炉料中的磷酸盐还原率将会下降，炉渣中的P2O5含量升高，一方面，产品产率将会下降；另一方面，熔融的磷酸盐将会与导电电极和炉眼电极中的碳以及炉壁和炉底碳素砖中的碳作用，导致电极消耗增加，电炉的使用寿命缩短。
焦炭（白煤）用量过多，将增加炉料的导电能力，使电极位置上移（甚至拨电极），反应区缩小，炉壁、炉底的温度降低，出渣发生困难。
这种现象称为电炉反应状况恶化，俗称炉况恶化。
其结果是，炉气过滤层减薄，炉气温度上升，炉气携带的机械杂质增加，粗磷精制的难度增大，产品质量和产品产率下降。
6.3.1.2焦炭（白煤）粒度
粒度过大，反应接触面积减小，反应不易完全，一方面造成炉渣中P2O5含量偏高，焦炭（白煤）损耗和电极消耗增加，另一方面电极位置和反应区上移，炉气温度和含尘量显著增加，在这种情况下，如果只看电极位置，会给人们造成一种配用焦炭（白煤）过多的假象。
粒度过小，会降低设备的破碎能力，增加焦炭（白煤）的粉尘含量，另外，若粉尘带入炉内，不仅会降低炉料的透气性，而且会给粗磷的精制带来困难。
6.3.1.3磷矿品位
磷矿石中P2O5含量偏低，一方面，吨黄磷磷矿石和电炉电消耗显著增加；另一方面，其它组份的含量就偏高，电炉内副反应相应会加强，这样又会增加单位电耗、原材料消耗，增加单位成本。
6.3.1.4磷矿中的碳酸盐
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磷矿石中的碳酸盐主要是以方解石（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3）形式存在，而碳酸盐含量偏高，就会相应增加电炉电、硅石和焦炭（白煤）的消耗，另外碳酸盐的分解会引起磷矿爆炸，所产生的粉尘使炉气含尘量增加，同时，它的热分解伴随CO2还原成CO都需要消耗热能。
6.3.1.5磷矿中的氧化铁
磷矿中的Fe2O3在电炉反应过程中绝大部分被炭还原生成铁，而氧化铁还原需要吸收大量的热，还原出的铁与磷化合生成磷铁，从而电炉电耗增加，产品产率也下降。
另外，磷铁对炉底和炉眼具有很强的侵蚀和破坏作用，使电炉使用寿命缩短。
6.3.1.6磷矿粒度
磷矿的粒度过大，首先会引起料管堵塞，加剧炉料中各组份的离析现象，呈现出焦炭（白煤）的局部不足和过剩，从而影响电炉操作，另外，还会减慢磷酸盐的还原速度。
磷矿粒度过小，会造成炉料透气性差，炉料结拱架桥，从而引起塌料，造成炉气压力的剧烈波动，严重时会造成电极的折断，另外，磷矿石中粉尘过多，炉气含尘量增加，粗磷的数量增加，质量下降，给精制带来困难。
6.3.1.7混合料中的水分
混合料中含水分较高时，既要增加电耗，又会加剧炉料结拱而引起塌料。
6.3.1.8混合料中SiO2/CaO
二氧化硅在磷酸盐的还原反应过程中起着助熔剂的作用，它能降低反应温度，加快反应速度，提高磷酸盐的还原率。
因此，炉料中二氧化硅的含量直接影响到磷酸盐的还原速度、还原率及炉渣的流动性、炉渣的含磷量、炉气的含磷量和电炉电耗。
炉渣中的SiO2/CaO的比值称为酸度系数，一般在实际生产过程中控制在0.75—0.85之间。
6.4电炉系统负压
炉内轻微负压是由于操作工操作不当，尾气放空量或其它用气量过大所至。
一旦出现炉内负压，10分钟内炉气出口温度即可猛增300—500℃，最终使黄磷产率大大下降。
6.4.1二次电压的影响
一般习惯上称变压器前为一次侧，经变压器后为二次侧，采用较高的二次侧电压有利于延长电炉的寿命，并为提高电炉负荷提供了可能。
因为提高二次电压，相对地使电炉反应区上移，形成细长的反应区域，由于反应半径的缩小、炉壁挂料的增多，保护了碳素砖，减轻炉渣对炉壁的冲刷和腐蚀。
因此提高二次侧电压来提高功率负荷，是更为有效地利用电能的方法。
采用较高的二次侧电压有利于减少电极的消耗。
采用较高的二次侧电压，避免因电炉负荷的增加而造成功率因数的降低。
因而在提高功率负荷时，必须相应提高二次侧电压。
正常生产时，二次侧电压一般采用与变压器额定工作电压较接近的档位。
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6.4.2粗磷精制的温度和时间
温度过高和时间太短，粗磷中的机械杂质难以静置分离，产品的外观和纯度都达不到要求。
温度太低，粗磷中的机械杂质来不及分离便被凝固在粗磷中，纯度同样难以达到要求。
6.4.3产品质量要求
工业黄磷应符合下表要求
项目
指标
优等品
一等品
外观
石蜡状，淡黄色至微黄绿色
石蜡状，黄绿色至棕绿色
黄磷含量，%
在笨中≥
在二硫化碳中≥
99．90
99．90
99．50
——
不溶物含量，%
在笨中≥
在二硫化碳中≥
0．10
0．10
0．50
——
护炉岗位
1岗位职责
1.1电炉班长
1.1.1负责本班的安全生产管理工作，调动本班员工积极性，搞好安全生产。
1.1.2负责巡回检查，发现问题及时处理确保安全生产，及时总结生产中的经验，解决好生产中存在的问题。
。
1.1.3监督各岗位工艺指标控制情况，使生产过程处于受控状态，努力提高产量和质量，确保各项消耗。
1.1.4督促各岗位搞好现场卫生，设备卫生，确保良好的工作环境。
1.1.5管理好本岗位所有的体系记录。
1.1.6负责将黄磷压至精制锅，漂洗上班黄磷。
1.2护炉
1.2.1严格遵守公司、厂、车间一切规章制度，确保生产安全稳定进行。
1.2.2掌握生产基本原理、工艺流程、工艺指标及设备构造、性能、作用，能熟练的进行操作并能对故障进行正确判断和处理；掌握有关安全环保知识和防护措施。
1.2.3负责上放电极，处理压力，搞好与配电工、炉前工的配合，确保电炉正常运行。
控制好压力，确保炉面无燃烧，冒烟现象，炉内正压生产。
1.2.4对违章指挥和违章操作要坚决拒绝执行，杜绝人为事故发生，对岗位出现的紧急情况和偶发事故有权先处理后汇报。
1.2.5爱护公物，做好生产、设备、工具、安全设施及防护用品等的交接班工作，搞好
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设备卫生及本岗位范围内环境卫生，做到清洁文明生产。
2作业步骤及要求
2.1危险告知
本岗位存在的危险因素：
触电、爆炸、燃烧、一氧化碳中毒。
2.2上岗准备
2.2.1穿好工作服，持《安全作业证》上岗。
2.2.2负责开车前的检查和准备工作
a）受磷槽，三塔防爆孔是否完好；
b）受磷槽加满水，送往大量蒸汽，检查是否漏磷；
c）检查电极水封是否漏水，绝缘是否良好；
d）检查电极升降器是否正常，有无异常声响，限位装置是否灵敏可靠，是否良好，传动部位的润滑，防护罩是否完好；
e）检查电极至短网接触是否良好，夹持器是否紧固，降温水有无泄漏，是否畅通；
f）导气管捅钎是否到位；
g）炉内O2含量是否≤2%；
h）环保设施是否完好。
2.3安全操作
2.3.1接班必须向上班询问料管下料情况、电极升降及倾斜情况，短网，母线，铜瓦有无发红，电极升降器螺丝是否松动脱落，检查现场是否清洁规范，并如实向班长汇报接班情况。
2.3.2严禁带电放电极，严禁同时接触两相母线。
2.3.3捅导气管捅钎，处理电极水封压力，附料管冒火，抽扎料管时，人应站在侧面，以防烧伤。
严禁人站在料管上压火、同时接触料管和水封，放空管点火时不应站在放空管的下风处。
2.3.4电极升降器运行时，严禁清理检修。
2.3.5保持和煤气站的联系，确保电炉压力在5-15mmH2O范围内，严禁负压生产。
2.3.6排渣时根据电炉反应情况及电极倾斜程度决定是否控制下料，控制过程中，人应站在侧面，防止炉气喷出烧伤，并用黄泥封好闸板口。
2.3.7处理循环水管时，水管口严禁对准人，防止蒸汽烫伤或烧伤。
2.3.8电炉有紧急情况时立即通知配电工停电，并通知煤气站停止抽气，同时向班长反应。
2.3.9堵炉时应注意压力变化，防止压力冲击烧伤和被水烫伤，可在保证炉内正压的情况下，适当打开放空阀，待堵炉完毕持压力恢复正常。
2.3.10上电极时应注意以下几点：
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a）用丝扣（电极接头）拧紧电极时，先反转再正转以便丝扣对正，以免损坏接头丝压而影响质量。
b）吊电极时，铁丝口必须上紧，起吊后正下方严禁站人。
c）人员在清理夹持器和电极顶部的杂物时，吊装的电极不得悬停在上方，而应将电极放稳固后方可在下方清理。
d）电极必须上紧，两根电极间不得留有缝隙。
2.3.11电炉短期停电和检修时，在导气系统不得开两个以上的孔洞，保持系统内正压，防止爆炸。
2.3.12不得在炉盖，导气管周围、高压配电房等不安全场所休息，炉盖严禁用水冲洗，防止变形和绝缘不良。
2.3.13负责打扫好本岗位清洁卫生，物件摆放整齐垃圾和杂物不得随意抛掷，以免伤人。
2.4环保要求
2.4.1炉面上积水必须按指定位置排放。
2.4.2检查三塔喷淋水时，其污水不得外溅至三塔内弦外。
2.4.3拖把清洗完后，及时将清水关闭。
2.4.4抽扎料管时，先将黄泥准备好放在抽扎料管旁边，抽扎完后，应在1分钟内用黄泥将其密封后，以免冒火冒烟。
2.4.5捅手、电捅钎时，先将黄泥准备好放在捅钎旁边，操作完后，应在1分钟内用黄泥将其密封后，以免冒火冒烟。
2.5工艺要求
2.5.1控制指标
电炉系统压力：
5～15mmH2O
2.5.2当尾气压力低于5毫米水柱或压力不稳时，通知煤气岗位回气或关小放空阀，必要时通知停止抽气，待电炉生产正常、压力稳定后再通知抽气。
2.5.3得到配电工放电极通知时，应先观察和判断，确认后，示意配电工停电。
配电工停电、按铃后，松开夹持器，示意配电工启动升降器将夹持器和铜瓦上提100～200毫米，紧好夹持器，示意配电工再上提夹持器，确认夹紧后，通知配电工按铃送电。
2.5.4当夹持器以上的电极长度不足200毫米时应进行上电极操作：
先做好上电极的一切准备工作，比如铁丝扣、钢丝绳或麻绳、木棍或钢管等，然后示意配电工停电、按铃，确认停电后，清理干净原有电极接孔内的灰尘；电极接头递上后，与原有电极接孔对位上紧；将新电极用葫芦从四楼电极孔处慢慢放下，和电极接头准确对位并拧紧，确认两根电极之间无缝隙后，清理掉电极、母线等上的杂物，检查电极是否倾斜，并通知配电工按铃送电。
2.5.5得到配电工需拨电极通知并确认后，由配电工请示领导，批准后，配电工停电、
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工业黄磷生产岗位
操作手册
按铃，抓渣工用葫芦将铁丝扣从四楼电极孔放下，护炉工将其接在电极上，用葫芦吊好后，松开夹持器，配电工启动该相升降器将夹持器和铜瓦下移100～200毫米，紧好夹持器，示意配电工再上提夹持器，确认夹紧后，移走铁丝扣并清理其它杂物，通知配电工按铃送电。
2.5.6得到配电工活动电极通知并后，密切观察压力，加强与煤气工沟通，及时通知回气，以便炉内正压。
2.5.7控制导气管使之畅通，每班至少通导气管电、手捅钎各一次。
2.5.8关注短网循环水情况，用手握住短网循环水出口管，感觉水温比空气温度高10。
C左右时水流量较适宜，水温过高，将其进水开大，过底关小。
2.5.9每班用φ8mm钢筋检查一次总水封内磷泥高度，当高于底阀时，通知班长，并协助班长排放磷泥。
2.5.10每班根据生产情况至少检查一次三塔喷淋水。
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