EMSR-Planung und Leittechnik

Automatisierungstechnik für eine Chlorsilan-Anlage

Hochreines, polykristallines Solarsilizium (PCS) ist in der Photovoltaik-Industrie ein begehrter Rohstoff zur Herstellung von Solarzellen. Eine entscheidende Vorstufe in dessen Herstellung ist das Erzeugen von Chlorsilanen. Bild: https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Eclipse.sx

Kaum eine Branche ist der Krise zum Trotz so sehr gewachsen wie die Photovoltaik-Industrie. Mit dem Wachstum einher geht der Bedarf nach den entsprechenden Rohstoffen. Hochreines, polykristallines Solarsilizium (PCS) beispielsweise ist in der Photovoltaik-Industrie 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 hochreine Endprodukte Trichlorsilan und Siliziumtetrachlorid auftrennen. Diese dienen als Einsatzstoffe für die Herstellung von hochreinem PCS nach dem Siemens-Verfahren.

Prozesstechnik verstehen

Mess- und Regeltechnik sorgt dafür, dass die Chlorsilan-Anlage in Sinich, Italien, zuverlässig, sicher und effektiv arbeitet. Bild: Evonik

Mess- und Regeltechnik sorgt dafür, dass die Chlorsilan-Anlage in Sinich, Italien, zuverlässig, sicher und effektiv arbeitet.
Bild: Evonik

Keine Anlage arbeitet zuverlässig, sicher und effektiv ohne die entsprechende Mess- und Regeltechnik. Das gilt auch für die Chlorsilan-Anlage in Sinich. So wurden die Experten für Dienstleistungen in der Prozessautomatisierung von der Rösberg Engineering GmbH mit der Realisierung von MSR- und Elektro-Planungsleistungen sowie der Konzeption und Umsetzung von Hard- und Software für das benötigte Prozessleitsystem beauftragt. Das Team aus der Niederlassung in Ludwigshafen war für dieses Projekt verantwortlich. Rösberg 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 übernahmen die Ludwigshafener die komplette Automatisierungsplanung sowie einen Großteil der Elektro-Planungsleistungen. Hier kommt dem Unternehmen die jahrelange Erfahrung in der Branche zugute.

Als Planungsgrundlage lieferte Evonik Aufstellungspläne der Anlage, Verfahrensfließbilder, R&I-Fließbilder sowie Messstellenlisten. Ebenfalls wurden die Verfahrensdaten in das PLT-CAE-System Prodok importiert. Die Prozessautomatisierungs-Experten haben auf diesen Grundlagen dann die geeigneten Messverfahren samt passenden Geräten spezifiziert und ausgewählt. Gerade im Detail-Engineering ist bei der Spezifikation und Geräteauswahl Know-how gefragt, damit für jedes Medium und Verfahren die geeignete Technik eingesetzt wird. „Wir überprüfen die Vorgaben des Kunden und stimmen uns mit ihm ab.“ erklärt Dipl.-Ing. Werner Kook, Leiter der Niederlassung Ludwigshafen bei Rösberg, „Wir sind ein Automatisierungsdienstleister, der sich auf die Prozessindustrie spezialisiert hat. Das heißt, wir können uns in chemische und verfahrenstechnische Prozesse eindenken und dann die entsprechenden Lösungen entwickeln. Wir müssen erkennen können, wenn es in den gemachten Vorgaben irgendwelche Ungereimtheiten gibt. Und natürlich stehen wir unseren Auftraggebern auch beratend zur Seite.“

Sichere Anlagen bauen

Eine Anlage mit fast 2.000 Messstellen erfordert natürlich eine gründliche Planung und zuverlässige Verwaltung der eingesetzten MSR-Technik. Bild: Rösberg

Eine Anlage mit fast 2.000 Messstellen erfordert natürlich eine gründliche Planung und zuverlässige Verwaltung der eingesetzten MSR-Technik.
Bild: Rösberg

Eine Anlage mit fast 2.000 Messstellen erfordert natürlich eine gründliche Planung. Dazu gehörte für das Team der Rösberg-Niederlassung in Ludwigshefen 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 den Rohrleitungen und Behältern eingeplant wurden und ob sie im Kontext der Anlage alle Anforderungen erfüllten. Selbstverständlich waren auch Detail- und Montageplanung Teil der MSR-Planungsleistungen. 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. Aus Sicht des Anlagenbetreibers gilt es, die hohen Anforderungen an Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage optimal zu erfüllen. Kook erklärt dazu: „Wir haben alle hierfür notwendigen SIL-Berechnungen durchgeführt und die entsprechenden Sicherheitsanforderungen umgesetzt“.

Bei der Elektrotechnik für die Chlorsilan-Anlage kommen teilweise auch Lösungen im Mittelspannungsbereich zum Einsatz. Deshalb war es nicht selbstverständlich, dass die Automatisierungsexperten auch hierfür Konzept, Planung und Spezifizierung übernehmen konnten. Dank der entsprechenden Spezialisten im Rösberg-Team war das jedoch kein Problem. Diese haben unter anderem Einliniendiagramme für die Energieverteilung und den Anordnungsplan für den MSR-Schaltraum erstellt. Weiter umfasste das Aufgabenspektrum in diesem Bereich Spezifizierung von Leistungstransformatoren bis 2,5 MVA und zusammen mit dem Kunden die Konzepterstellung für Erdung und Potentialausgleich. Ebenfalls musste an die nötige Beleuchtung samt Not-, Ersatz- und Sicherheitsbeleuchtung gedacht werden sowie die Auslegung der elektrischen Begleitheizungen. Damit es im Falle eines Falles nicht zu Problemen kommt, galt es natürlich auch die entsprechenden USV-Anlagen, samt USV-Verteilung und Notstromaggregate zu spezifizieren. Für die gesamte MSR-Planung arbeiteten die Mitarbeiter von Rösberg mit dem PLT-CAE System Prodok, das einen integrierten Planungsprozess nach einheitlichen Regeln ermöglicht. Mit ihm lassen sich während der Planung, aber auch im Betrieb, bei der Instandhaltung und der Modernisierung Anlageninformationen konsequent dokumentieren. „Bei Evonik ist diese Software in jedem Projekt standardmäßig gesetzt“ sagt Kook.

Kein Prozess ohne Steuerung

Schließlich war auch die Auswahl und Programmierung der passenden Steuerung Aufgabe der  Prozessautomatisierungs-Experten. „Als unabhängiger Dienstleister können wir hier unsere Kunden herstellerunabhängig beraten“ erklärt Kook. „Aus Erfahrung können wir sagen, welche Steuerung für welchen Anwendungsfall am besten geeignet ist. Natürlich nehmen wir dabei auch Rücksicht auf die Wünsche unserer Kunden.“ 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. Circa 95 Prozent dieses Projektes wurden am Ludwigshafener Rösberg-Standort geplant und realisiert. Nur etwa fünf Prozent der Zeit machten Arbeiten vor Ort in der Anlage aus mit Installieren, Testen und Inbetriebnahme. Inzwischen ist das Projekt abgeschlossen. Alle Tests wurden erfolgreich durchgeführt, die Erstinbetriebnahme erfolgte.

Über Prodok
Moderne verfahrenstechnische Anlagen können nur dann effektiv betrieben werden, wenn die Daten aus der Planungsphase auch für Betrieb, Instandhaltung und Modernisierung verfügbar sind. Anlagenrealität und Dokumentation müssen verlässlich übereinstimmen, denn nur wenn alle Daten konsistent sind, lassen sich kostspielige Neueingaben und unnötiger Engineering-Aufwand vermeiden. Hier ermöglicht das PLT-CAE-System Prodok einen integrierten Planungsprozess nach einheitlichen Regeln. Die Funktionen umfassen Basis-, Funktions-, Ausführungs- und Montageplanung bei Neubauten, Änderungen oder Ergänzungen von Anlagen und unterstützen bei der Betriebsbetreuung. Das System sorgt mit seiner durchgängigen und konsistenten Dokumentation dafür, dass sich die Anlagenrealität in der Dokumentation widerspiegelt. Sind so alle Komponenten einer Anlage erfasst, kann die Dokumentation mit der webbasierten Software LiveDOK von jedem PC im Intranet mit einem Webbrowser eingesehen werden. Über PC-Arbeitsplätze oder mobile Geräte, auf denen eine LiveDOK-Lizenz installiert ist, lässt sich zudem die Dokumentation im Anlagenbetrieb ändern und somit immer auf aktuellem Stand halten.
Über Rösberg
Rösberg Engineering GmbH, im Jahre 1962 in Karlsruhe gegründet, bietet mit rund 100 Mitarbeitern an fünf Standorten in Deutschland und in China maßgeschneiderte Automatisierungslösungen.
Dazu gehört das Basic- und Detail-Engineering für die Automatisierung von prozess- und fertigungstechnischen Anlagen. Zudem verfügt Rösberg über umfangreiche Projektierungs- und Anwendungserfahrung beim Einsatz speicherprogrammierbarer Steuerungen aller marktgängigen Fabrikate.
Auch bei der Konfiguration, Lieferung und Inbetriebnahme von Prozessleitsystemen vertrauen viele Unternehmen auf Rösberg als herstellerunabhängigen Systemintegrator.
Im Bereich Informationstechnik ist Rösberg Engineering seit über 25 Jahren mit dem PLT-CAE-System ProDOK NG international erfolgreich. Mit LiveDOK NG bietet RÖSBERG ein System an, das effizienten Zugriff auf die elektronische Anlagendokumentation ermöglicht sowie deren Pflege und Konsistenz während des gesamten Lebenszyklus gewährleistet. Die App LiveDOKmobile ermöglicht den online/offline Zugriff auf die Anlagendokumentation auf mobilen Endgeräten auch im Ex-Bereich. Der Plant Assist Manager (PAM) unterstützt den Anwender beim Dokumentieren und Durchführen von optimierten Prozessabläufen (Workflows). Unter dem Namen Plant Solutions begleiten ProDOK, LiveDOK und PAM Anlagen nicht nur bei Planung, der Errichtung und Änderung, sondern auch während der gesamten Betriebszeit. Alle Softwareprodukte befinden sich in der nächsten Generation (NG), sind somit auf dem neuesten Stand der Technik und bieten viele Möglichkeiten in Hinblick auf Visualisierung, Modularisierung, Datenbanken und Cloud-Anwendungen.

Titelbild: Eclipse.sx

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Uwe Reinhardt

Projektleiter Prozessleittechnik bei der Rösberg Engineering GmbH

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