Automatisierungstechnik für eine Chlorsilan-Anlage

von Uwe Reinhardt

Kaum eine Branche ist der Krise zum Trotz so sehr gewachsen wie die Photovoltaikindustrie. Mit dem Wachstum einher geht der Bedarf nach den entsprechenden Rohstoffen. Hochreines, ­polykristallines ­Solarsilizium (PCS) beispielsweise ist in der Photovoltaikindustrie ein begehrter ­Rohstoff zur ­Herstellung von Solarzellen. Eine entscheidende Vorstufe in dessen Herstellung ist das Erzeugen von Chlorsilanen. Evonik baute im italienischen Sinich eine Chlorsilan-Anlage, die vor Kurzem in Betrieb ­genommen wurde.

Chlorsilane werden durch Hydrochlorierung von metallurgischem Silizium in einer Wirbelschicht gewonnen. Durch Destilla­tion lassen sich Chlorsilane in die hochreinen Endprodukte Trichlorsilan und Silizium­tetrachlorid auftrennen. Diese dienen als Einsatzstoffe für die Herstellung von hochreinem PCS nach dem Siemens-Verfahren.

Abb. 1 Mess- und Regeltechnik sorgt dafür, dass die Chlorsilan-Anlage in Sinich, Italien zuverlässig, sicher und effektiv arbeitet

Prozesstechnik verstehen

Keine Anlage arbeitet zuverlässig, sicher und effektiv ohne die entsprechende Mess- und Regeltechnik. Das gilt auch für die Chlorsilan-Anlage in Sinich (Abb. 1). Die Rösberg Engineering GmbH wurde mit der Realisierung von MSR- und Elektroplanungs­leistungen sowie der Konzeption und Umsetzung von Hard- und Software für das benötigte Prozessleitsystem beauftragt. Das Unternehmen arbeitet schon seit Jahrzehnten als Dienstleister eng mit Evonik und besonders mit dessen Engineering-Bereich zusammen. Über die Jahre sind immer größere Projekte dazu gekommen. Für diese Projekte übernahm das verantwortliche Team aus der Niederlassung in Ludwigshafen die komplette Automatisierungsplanung sowie einen Großteil der Elektroplanungsleistungen.

Als Planungsgrundlage lieferte Evonik Aufstellungspläne der Anlage, Verfahrensfließbilder, R&I-Fließbilder sowie Messstellenlisten. Ebenfalls wurden die Verfahrensdaten in das PLT-CAE-System Prodok importiert. Basierend auf diesen Grundlagen wurden dann die geeigneten Messverfahren samt passenden Geräten spezifiziert und aus­gewählt. Gerade im Detail-Engineering kommt es bei der Spezifikation und Geräte­auswahl darauf an, für jedes Medium und Verfahren die geeignete Technik einzusetzen. Dies erfolgt in enger Abstimmung mit dem Kunden.

Sichere Anlagen bauen

Eine Anlage mit fast 2.000 Messstellen erfordert natürlich eine gründliche Planung. Dazu gehörte das Erstellen eines Mess­stellenverzeichnisses, das Spezifizieren von Sensorik und Aktorik – teilweise nach NE100 – einschließlich der entsprechenden Auslegungsberechnungen sowie technische Angebotsvergleiche. In einem 3D-Modell-Check wurde dann nochmals geprüft, ob die ausgewählten Mess- und Regelgeräte richtig in die Rohrleitungen und Behälter eingeplant wurden und ob sie im Kontext der Anlage alle Anforderungen erfüllten. Selbstverständlich waren auch Detail- und Montageplanung Teil der MSR-Planungs­leistungen (Abb. 2).

Dazu zählte die Erstellung der Montageanordnungen sowie der Einbauzeichnungen. Für die Trassenplanung, die Erstellung der Kabellisten und des Leistungsverzeichnisses für Montagearbeiten trug Rösberg ebenfalls die Verantwortung. Weil man es in der Anlage mit Ex-Bereichen zu tun hatte, galt es zudem, die entsprechenden Nachweise zur Eigensicherheit zu berücksichtigen. Auch das Thema funk­tionale Sicherheit war in dem Zusammenhang zu beachten.Ebenfalls mussten die hohen Anforderngen an die Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage optimal erfüllt werden. Hierfür wurden alle notwendigen SIL-Berechnungen durchgeführt und die entsprechenden Sicher­heits­anforderungen umgesetzt.

Bei der Elektrotechnik für die Chlorsilan-Anlage kommen teil­weise auch Lösungen im Mittelspannungsbereich zum Einsatz. Auch hierfür wurden Konzept, Planung und Spezifizierung über­nommen. Es wurden unter anderem Einliniendiagramme für die Energieverteilung und der Anordnungsplan für den MSR-Schaltraum erstellt. Weiter umfasste das Aufgabenspektrum in diesem Bereich die Spezifizierung von Leistungstrans­for­matoren bis 2,5 MVA und zusammen mit dem Kunden die Konzepterstellung für Erdung und Potenzialausgleich. Ebenfalls musste an die nötige Beleuchtung samt Not-, Ersatz- und Sicherheitsbeleuchtung sowie die Auslegung der elektrischen Begleitheizungen gedacht werden. Damit es im Falle eines Falles nicht zu Problemen kommt, galt es natürlich auch, die entsprechenden USV-Anlagen samt USV-Verteilung und Notstromaggregaten zu spezifizieren. Für die gesamte MSR-Planung arbeiteten die Mitarbeiter von ­Rösberg mit dem PLT-CAE-System Prodok (siehe Kasten), das einen integrierten Planungsprozess nach einheitlichen Regeln ermöglicht.

Kein Prozess ohne Steuerung

Schließlich galt es auch die passende Steuerung auszuwählen und zu programmieren. Für die Chlorsilan-Anlage fiel die Wahl auf drei hochverfügbare Siemens-Steuerungen (AS CPU 417-4H) mit redundantem OS-Server. Das Erstellen der Software für das Prozessleitsystem war ebenso Teil des Projektumfangs wie die Fertigung und Lieferung der Systemschränke. Am Ende standen zudem natürlich die Werksabnahme (FAT ­Factory Acceptance Test), die Vor-Ort-Abnahme (SAT Site ­Acceptance Test) und zu guter Letzt die Inbetriebnahme. Zirka 95% dieses Projektes wurden am Ludwigshafener Rösberg-Standort geplant und realisiert. Nur etwa 5% der Zeit machten Arbeiten vor Ort in der Anlage mit Installieren, Testen und Inbetriebnahme aus. Inzwischen ist das Projekt abgeschlossen und die Erstinbetriebnahme ­erfolgt.