炭黑急冷器是炭黑生产工艺中的重要设备之一，急冷器的长周期、安全、稳定运行直接影响整个工艺系统。本文针对炭黑急冷器进口管箱中存在的问题，进行了结构的优化和安全性分析。采用流体分析软件FLUENT对进口分配器形式进行了优化，通过对比在不同分布管管间距情况下，每根换热管内烟气体积流量的标准方差(STD)、流速、湍流耗散率来对进口分配器结构进行评定。结果显示分布管间距为两倍分布管直径，等压力梯度扩压器型线的结构形式是较理想的结构形式。　　本文对炭黑急冷器的进口管箱及其铬刚玉内衬的温度和应力分布情况进行了传热学理论分析与有限元数值模拟，通过模拟得出进口管箱及其内衬中存在的应力远大于材料的许用范围，这样会导致内衬铬刚玉发生断裂，壳体材料发生严重变形，影响整条生产线的正常运行。针对应力过大的问题，本文从两个方面对设备运行过程中存在应力过大的问题进行优化:通过采用分块式的内衬铬刚玉来预留周向方向0.7％的膨胀量，可以有效地解决机械热应力过大的问题;通过严格控制内衬烧成工艺和设备开车升温速度，可有效解决温度梯度应力过大的问题。对高温管头防护结构做了相应的分析。管板与换热管的连接形式采用了全深焊的形式，这样不仅使两者的连接更加可靠;同时也降低了缝隙腐蚀发生的概率。采用双套管管头保护结构，可以有效减小管板与换热管之间的温差，降低了热应力;同时还能够防止锆刚玉套管断环现象。然后从理论计算和有限元模拟两方面对椭圆形管板进行了强度校核，结果椭圆形管板能够满足炭黑急冷器的使用要求。本研究结果对适用于炭黑工艺要求的高温急冷器的开发设计提供了理论基础，同时使高温急冷器在炭黑生产行业中得到进一步的完善和推广使用。