Теплообменные аппараты «труба в трубе» используют главным об­разом для охлаждения или нагревания в системе жидкость-жидкость, когда расходы теплоносителей невелики и последние не меняют свое­го агрегатного состояния. Иногда такие теплообменники применяют при высоком давлении для жидких и газообразных сред, например, в качестве конденсаторов в производстве метанола, аммиака и др. Так­же их используют для загрязненных коксообразующими веществами и механическими примесями теплоносителей, в которых обеспечивает­ся хороший теплообмен за счет больших скоростей и турбулентности потоков в трубном и межтрубном пространствах. Высокие скорости и турбулентность потока уменьшают возможность отложения на стен­ках труб кокса или других образований.

Теплообменники этого типа состоят из ряда последовательно соединенных звеньев (рисунок 1.22). Каждое звено представляет собой две соосные трубы. Для удобства чистки и замены внутренние трубы обычно соединяют между собой "калачами" или коленами. По сравнению с кожухотрубчатыми теплообменники «труба в трубе» имеют меньшее гидравлическое сопротивление межтрубного про­странства. Однако при равных теплообменных характеристиках они ме­нее компактны и более металлоемки, чем кожухотрубчатые. Теплообменники «тру­ба в трубе» могут быть разборными или нераз­борными, одно- и много­поточными.

Однопоточный нераз­борный теплообменник (рисунок 1.22) состоит из от­дельных звеньев, в каждый из которых входят трубы наружная (или кожуховая) и внутренняя (или теплообменная). Наружная труба двумя привар­ными кольцами связана с внутренней трубой в зве­но. Звенья, в свою очередь, собраны в вертикальный ряд и составляют теплообменную секцию. При этом внутренние трубы соединены между собой коленами, а наружные – штуцерами  на фланцах или сваркой. Звенья закреплены скобами на металлическом каркасе.

Неразборные теплообменники являются кон­струкцией жесткого типа, поэтому при разности температур более 70 °С их не используют. При большей разности температур труб, а также при необходимости механической очистки межтрубного пространства при­меняют теплообменники с компенсирующим устройством на наружной трубе. В этом случае кольцевую щель между трубами с одной стороны наглухо заваривают, а с другой — уплотняют сальником. Направление движения теплоносителей в теплообменнике «труба в трубе»  показано на рисунке 1.23.

Однопоточные неразборные теплообменники изготовляют из труб длиной 3...12 м с диаметром внутренних труб 25...159 мм и наружных соответственно 48... 219 мм на условное давление для наружных труб до 6,4 МПа и для внутренних до 16 МПа. В разборных конструкциях теплообменников обеспечивается компенсация деформаций теплообменных труб. На рисунке 1.24 показа­на конструкция разборного многопоточного теплообменника «труба в трубе», конструктивно напоминающего кожухотрубчатый теплообменник.

Аппарат состоит из кожуховых труб 5, развальцованных в двух трубных решетках: средней 4 и правой 7. Внутри кожуховых труб размещены теплообменные трубы 6, один конец которых жестко связан с левой трубной решеткой 2, а другой – может перемещаться. Сво­бодные концы теплообменных труб попарно соединены коленами 8 и закрыты камерой 9. Для распределения потока теплоносителя по теплообменным трубам служит распределительная камера 1, а для распределения теплоносителя в межтрубном пространстве – распределительная камера 3. Пластинами 11 кожуховые трубы жестко связаны с опорами 10.

Достоинством теплообменников «труба в трубе» является возможность создания режима противотока, установления наиболее целесообразных для данного процесса скоростей движения теплоносителей, простота изготовления, монтажа и обслуживания, пригодность для нагрева или охлаждения сред при высоком давлении.

Компенсация температурных деформаций достигается с помощью двойника.  Который соединяет внутренние трубы и свободно размещен в полости крышки (калаче), объединяющей кольцевые пространства аппарата.

Конструкция теплообменников «труба в трубе» позволяет применять в качестве внутренних – оребренные трубы. Способ оребрения выбирают в зависимости от свойств среды в кольцевом пространстве теплообменника.

Недостатком однопоточных теплообменников разборной конструкции является большое число фланцевых соединений, являющихся источниками течей, некомпактность и трудоемкость ремонта, громоздкость, высокая стоимость вследствие большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства.