U-образный теплообменник представляет собой кожухотрубный теплообменник, в котором пучок труб состоит из U-образных трубок с различными радиусами изгиба, и оба конца трубок закреплены на одной трубной решетке. Поскольку каждая U-образная трубка может свободно перемещаться, между пучком труб и кожухом не возникает напряжения из-за разницы температур. Внутри корпуса установлены перегородки и продольные перегородки. Перегородки закреплены тягами, а продольные перегородки представляют собой прямоугольные пластины, установленные параллельно направлению теплообменных трубок для увеличения скорости межкорпусной жидкости. Его конструкция сложнее, чем у теплообменника с фиксированной трубчатой пластиной, и проще, чем у теплообменника с плавающей головкой.

Преимущество теплообменника с U-образной трубкой заключается в том, что свободно плавающая хвостовая часть решает проблему перепада температур и может быть вытянута за сердечник для очистки. Это также теплообменник, который можно использовать при высокой температуре, высоком давлении и большой разнице температур, поэтому он широко используется в нефтехимической промышленности. Обычно используемая конструкция для соединения пучка труб и корпуса U-образного теплообменника заключается в размещении одной трубной решетки между двумя кольцевыми фланцами. В этой конструкции силы, действующие со стороны болтов на фланцы с обеих сторон трубной доски, равны. При проектировании болтов следует учитывать обе стороны трубной решетки и рассчитывать на большую нагрузку на болты. В рабочем состоянии сила болта равна силе прижима прокладки плюс осевая сила, вызванная давлением среды. Осевое усилие на стороне высокого давления велико, что приводит к меньшей силе зажима прокладки, тогда как на стороне низкого давления верно обратное. Если предположить, что болты затягиваются в рабочем состоянии, требования к уплотнению в первую очередь выполняются на стороне низкого давления. При большой разнице давлений между двумя сторонами, если требования к уплотнению на стороне высокого давления еще не соблюдены, прокладка на стороне низкого давления может быть раздавлена, что приведет к потенциальной утечке.

Чтобы решить проблему уплотнения U-образного теплообменника в условиях большой разницы давлений, на расширенной части трубной решетки можно добавить отверстия для болтов с приподнятыми седлами. Болты, прокладки и фланцы могут быть спроектированы отдельно в соответствии с требованиями каждой стороны. Толщина расширенной части должна соответствовать требованиям к усилию болта для уплотнения на стороне высокого давления. В процессе предварительной затяжки сначала следует герметизировать сторону высокого давления, а затем герметизировать сторону низкого давления. Другой подход заключается в соединении двух фланцев и трубной решетки с помощью шпилек с полной резьбой. Расширенная часть трубной решетки имеет внутреннюю резьбу толщиной в 1,5 диаметра шпильки. Выдвинутая часть трубной решетки должна быть расположена ближе к стороне высокого давления. На расширенной части трубной решетки создаются отверстия для болтов и резьбовые отверстия для соединения фланца на стороне высокого давления и фланца на стороне низкого давления соответственно. На стороне низкого давления можно использовать стандартный фланец. В инженерной практике перед принятием решения также следует учитывать технологические требования, температуру и другие факторы.