Unter einem U-Rohr-Wärmetauscher versteht man einen Rohrbündelwärmetauscher, bei dem das Rohrbündel aus U-Rohren mit unterschiedlichen Biegeradien besteht und beide Enden der Rohre auf dem gleichen Rohrboden befestigt sind. Da sich jedes U-Rohr frei bewegen kann, entstehen keine Temperaturunterschiedsspannungen zwischen dem Rohrbündel und dem Mantel. Leitbleche und Längsleitbleche werden mantelseitig innen eingebaut. Die Leitbleche werden durch Zugstangen befestigt, während die Längsleitbleche rechteckige Platten sind, die parallel zur Richtung der Wärmeübertragungsrohre installiert sind, um die Geschwindigkeit des mantelseitigen Fluids zu erhöhen. Sein Aufbau ist komplexer als der des Plattenwärmetauschers mit festem Rohr und einfacher als der des Schwebekopfwärmetauschers.

Der Vorteil des U-Rohr-Wärmetauschers besteht darin, dass der frei schwebende Endteil das Problem der Temperaturunterschiedsspannung löst und zur Reinigung kerngezogen werden kann. Es ist auch ein Wärmetauscher, der für hohe Temperaturen, hohen Druck und große Temperaturunterschiede verwendet werden kann und daher in der petrochemischen Industrie weit verbreitet ist. Die üblicherweise verwendete Struktur zum Verbinden des Rohrbündels und des Mantels eines U-Rohr-Wärmetauschers besteht darin, einen Rohrboden zwischen zwei Umfangsflanschen einzuklemmen. Bei dieser Konstruktion sind die Kräfte, die von den Schrauben auf die Flansche auf beiden Seiten der Rohrplatte ausgeübt werden, gleich. Bei der Konstruktion der Schrauben sollten beide Seiten des Rohrbodens berücksichtigt und auf eine größere Schraubenlast ausgelegt werden. Im Betriebszustand ist die Schraubenkraft gleich der Dichtungspresskraft plus der durch den Mediumdruck verursachten Axialkraft. Auf der Hochdruckseite ist die Axialkraft groß, was zu einer geringeren Klemmkraft auf die Dichtung führt, während auf der Niederdruckseite das Gegenteil der Fall ist. Unter der Voraussetzung, dass die Schrauben im Betriebszustand festgezogen sind, sind die Dichtungsanforderungen zunächst auf der Niederdruckseite erfüllt. Wenn zwischen den beiden Seiten ein großer Druckunterschied besteht und die Dichtungsanforderungen auf der Hochdruckseite noch nicht erfüllt sind, kann es sein, dass die Dichtung auf der Niederdruckseite zerdrückt ist, was zu einer möglichen Undichtigkeit führen kann.

Um das Dichtungsproblem des U-Rohr-Wärmetauschers unter Bedingungen großer Druckdifferenz zu lösen, können im verlängerten Teil des Rohrbodens Bolzenlöcher mit erhöhten Sitzen hinzugefügt werden. Die Schrauben, Dichtungen und Flansche können je nach den Anforderungen jeder Seite separat konstruiert werden. Die Dicke des verlängerten Abschnitts sollte den Schraubenkraftanforderungen für die Abdichtung auf der Hochdruckseite genügen. Beim Vorspannvorgang sollte zuerst die Hochdruckseite abgedichtet werden, bevor die Niederdruckseite abgedichtet wird. Ein anderer Ansatz besteht darin, die beiden Flansche und den Rohrboden mithilfe von Vollgewindebolzen zu verbinden. Der verlängerte Teil des Rohrbodens ist mit Innengewinden versehen, deren Dicke dem 1,5-fachen Durchmesser des Bolzens entspricht. Der verlängerte Teil des Rohrbodens sollte näher an der Hochdruckseite positioniert werden. Auf dem verlängerten Teil des Rohrbodens werden Bolzenlöcher und Gewindelöcher erzeugt, um den Flansch auf der Hochdruckseite bzw. den Flansch auf der Niederdruckseite zu verbinden. Auf der Niederdruckseite kann ein Standardflansch verwendet werden. In der technischen Praxis sollten vor einer Entscheidung auch Prozessanforderungen, Temperatur und andere Faktoren berücksichtigt werden.